第1课时 同位素、同素异形体、同分异构体、同系物的判别

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专题四 原子结构 化学键 元素周期律和元素周期表
第1课时 同位素、同素异形体、同分异构体、同系物的判别
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研析考向
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命题调研(2016～2019四年大数据)
2016～2019四年考向分布
核心素养与考情预测
核心素养：宏观辨识与微观探析、变化观念、实验探究
考情解码：主要考查同位素，同素异形体，同分异构体， 同系物四个基本概念；同时结合核素的概念，烷烃的命 名，原子结构等知识点的考查，题目的综合性较强，考查 得比较全面和基础。预测2020年选考将加大题目的综合性， 着重从某几个概念进行考查。
错误；故选 C。
答案 C
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备考策略 在最近的选考中常出现元素、核素和同位素判别的题，要注意这三个概念的区别和 联系： (1)同种元素，可以有若干种不同的核素，即核素种类远大于元素种类。 (2)元素有多少种核素，就有多少种原子。 (3)同位素是同一元素不同原子的互相称谓，不指具体原子。 (4)同一元素的不同原子，其质量数不同，核外电子层结构相同，其原子、单质及 构成的化合物的化学性质几乎完全相同，只是某些物理性质略有差异。
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考向四 同系物的判定 4.(2019·浙江稽阳3月联考)下列说法错误的是( )
A.硫元素的不同单质 S2 和 S8 互为同素异形体 B.CH4 与 C3H8 一定互为同系物 C.35Cl 与 37Cl 是氯元素的两种核素，互为同位素
D.
互为同分异构体
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解析 A.
的主链含有 5 个碳原子，名称为 2，3-二甲基戊烷，故 A
错误；B.化合物
B.戊烷的一种同分异构体可命名为2-乙基丙烷
C.丙烷的一氯代物和正丁烷的一氯代物种数相同
D.金刚石和石墨在氧气中完全燃烧均只生成二氧化碳气体
解析 A.18O和16O含有的质子数虽然都是8个，但是中子数分别为10、8，中子数
不同，因此二者属于不同的核素，选项A正确；B.不存在2-乙基丙烷，应该命名为
2-甲基丁烷，选项B不正确；C.丙烷有两种不同环境的氢，一氯代物有2种，正丁
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考向三 同素异形体的判定 3.(2018·浙江金华十校联合体)下列说法正确的是( )
A.金刚石、石墨、C60互为同素异形体，它们都是分子晶体 B.二氧化碳分子和水分子中所有原子在同一条直线上 C.正丁烷和异丁烷的分子式都为C4H10，它们互为同分异构体 D.14C与14N互为同位素 解析 A.金刚石、石墨、C60互为同素异形体，金刚石为原子晶体，石墨为混合晶 体，C60为分子晶体，A错误；B.二氧化碳分子为直线形分子，水分子为“V”形分子， 水分子中所有原子不在一条直线，B错误；C.正丁烷和异丁烷的分子式都为C4H10， 它们互为同分异构体，C正确；D.14C与14N不是同种元素，不属于同位素，D错误。 正确答案为C。 答案 C
同素异形体的形成方式有三种：
(1)组成分子的原子数目不同，例如： O2和O3。 (2)晶格中原子的排列方式不同，例如：金刚石和石墨。
(3)晶格中分子排列的方式不同，例如：正交硫和单斜硫(高中不要求此种)。注意：同
素异形体指的是由同种元素形成的结构不同的单质，如H2和D2的结构相同，不属于同 素异形体。
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备考策略 同素异形体的对象是单质，同素异形体的组成元素相同，结构不同，物理性质差异较
大，化学性质有相似性，但也有差异。如金刚石和石墨的导电性、硬度均不同，虽都
能与氧气反应生成CO2，由于反应的热效应不同，二者的稳定性不同(石墨比金刚石能 量低，石墨比金刚石稳定)。
烷也有两种不同环境的氢，一氯代物也有2种，一氯代物的种数相同，选项C正确；
D.金刚石和石墨在氧气中完全燃烧均只生成二氧化碳气体，选项D正确；答案选B。
答案 B
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4.(2018·浙江6月学考)下列说法正确的是( ) A.1H2和2H2互为同素异形体 B.CH3Cl和CH2Cl2互为同系物 C.C60和C70互为同位素 D.C2H6和C3H8均不存在同分异构现象 解析 A.1H2和2H2两者属于不同种氢核素组成的氢分子；B.同系物是结构相似， 在分子组成上相差1个或几个CH2原子团的物质，而CH3Cl和CH2Cl2不是互为同系 物；C.具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素互为同位素，C60和 C70互为同素异形体；D.C2H6和C3H8均属于烷烃，且三个碳原子以内均不存在同 分异构现象。
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备考策略 要抓住同位素、同素异形体、同分异构体和同系物这四个概念的所属对象来进行区分， 具体可以通过以下表格进行对比：
同位素
同素异形体
同系物
同分异构体
定义
质子数相同，
结构相似，分子组成
由同一种元素组成
分子式相同，结构
中子数不同的
相差一个或若干个
的不同单质
不同的化合物
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解析 A.S2 和 S8 是同种元素形成的不同单质，属于同素异形体，故 A 不符合题意； B.CH4 和 C3H8 通式相同均为 CnH2n＋2, 属于烷烃同系列，一定互为同系物，故 B 不符 合题意；C.35Cl 与 37Cl 是具有相同质子数和不同中子数的氯原子，互为同位素，故 C
性质
化学性质不一定
学性质相同
性质相似
化学性质相似
相同
举例
11H、21H、31H
或
O2 和 O3、金刚石和 H、
石墨、红磷和白磷(注
甲烷和正戊烷、 正戊烷、异戊烷、
D、T
甲烷和新戊烷 新戊烷
意：H2 和 D2 不是)
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考向二 元素、核素和同位素的判别
2.(2018·浙江温州十五校联合体)下列说法正确的是( ) A.162C 和146C 是一种核素
(1)结构相似指的是组成元素相同，官能团的类别、官能团的数目及连接方式均相同。
结构相似不一定是完全相同，如CH3CH2CH3和(CH3)4C，前者无支链，后者有支链， 但二者仍为同系物。
(2)通式相同，但通式相同不一定是同系物。例如：乙醇与乙醚它们的通式都是CnH2n
＋2O，但他们官能团类别不同，不是同系物。又如：乙烯与环丁烷，它们的通式都是
答案 D
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5.(2018·浙江4月选考)下列说法正确的是( )
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A.
的名称为 3-甲基丁烷
B.CH3CH2CH2CH2CH3 和
互为同素异形体
C. D.CH3CH2OH 和
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为同一物质
具有相同的官能团，互为同系物
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解析 A.离取代基近的一端编号，命名应为2-甲基丁烷，故A项错误；B.选项中 的物质分子式相同而结构不同，无特殊官能团，互为同分异构体，故B项错误； C.甲烷分子呈现正四面体结构，四个位置完全等价，故C项正确；D.虽然二者具 有相同的官能团，但官能团的个数不同，组成也不相差若干个CH2，不互为同系 物，故D项错误；故选C。 答案 C
CnH2n，但不是同系物。
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(3)在分子组成上必须相差一个或若干个CH2原子团。但分子组成上相差一个或若 干个CH2原子团的物质却不一定是同系物，如CH3CH2Br和CH3CH2CH2Cl都是卤 代烃，且组成相差一个CH2原子团，但二者不是同系物。 (4)同系物具有相似的化学性质，物理性质有一定的递变规律，如随碳原子个数的 增多，同系物的熔、沸点逐渐升高；如果碳原子个数相同，则有支链的熔、沸点 低，且支链越对称，熔、沸点越低。如沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。同系物 的密度一般随着碳原子个数的增多而增大。
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考向五 同分异构体判定 5.(2018·浙江镇海中学高三上)下列说法正确的是( )
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A.
的名称为 3，4，4-三甲基丁烷
B.化合物
的一氯取代物有 2 种
C. 、 、 是互为同分异构体
D.
(葡萄糖)分子结构中含有—OH，与乙醇互为同系物
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B.氕、氘、氚互为同位素，中子数都是 1
C.乙醇和二甲醚互为同分异构体
D.金刚石和石墨互为同素异形体，两者之间不能相互转化
解析 A.126C 和164C 是不同种核素，故 A 错误；B.氕、氘、氚互为同位素，中子数分 别是：0、1、2，故 B 错误；C.乙醇和二甲醚分子式相同，都是 C2H6O，结构不同， 互为同分异构体；D.金刚石和石墨互为同素异形体，但两者之间可以相互转化，故 D
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考向一 同位素、同素异形体、同分异构体、同系物的判别 1.有下列各组微粒或物质
A.O2 和 O3 B.162C 和136C C.CH3CH2CH2CH3 和 CH3CH2CH(CH3)CH3 D.Cl—CH2—Cl 和 H—CCl2—H E.CH3CH2CH2CH3 和 CH3—CH(CH3)—CH3
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(1)________组两种微粒互为同位素；
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(2)________组两种物质互为同素异形体；
(3)________组两种物质属于同系物；
(4)________组两物质互为同分异构体；
(5)________组两物质是同一物质。
解析 同位素是质子数相同，中子数不同的原子，故属于同位素的组是B；是同素
足球烯是碳元素的不同单质，所以互为同素异形体，故B正确；C.C2H6和C3H6的通 式不相同，结构不相似，分子组成上相差一个碳原子，不互为同系物，故C错误；
D.C2H5OH和CH3OCH3的分子式相同，结构不同，互为同分异构体，故D正确；故 选C。
答案 C
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3.(2018·浙江11月选考)下列说法不正确的是( ) A.18O和16O是质子数相同的两种核素
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2.(2019·浙江1月学考)下列说法不正确的是( ) A.16O和18O互为同位素
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B.金刚石和足球烯互为同素异形体
C.C2H6和C3H6互为同系物 D.C2H5OH和CH3OCH3互为同分异构体 解析 A.16O、18O是氧元素的不同原子，所以互为同位素，故A正确；B.金刚石和
原子(核素)
CH2基团的物质
对象
原子
单质
有机化合物 化合物(有机、无机)
原子符号表示 元素符号表示相同，
化学式
不同
分子式可以不同
不同
相同
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电子层结构相同， 单 质 的 组 成 或 结 构 结构
原子核结构不同 不同
相似
不同
物理性质不同，
物理性质不同，化 物理性质不同，化学 物理性质不同，
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真题重现
1.(2019·浙江4月选考，10)下列说法正确的是( B ) A.18O2和16O3互为同位素 B.正己烷和2，2－二甲基丙烷互为同系物 C.C60和C70是具有相同质子数的不同核素 D.H2NCH2COOCH3和CH3CH2NO2是同分异构体 解析 同位素的研究对象为原子，而18O2和16O3为单质，A项错误；正己烷和2，2－ 二甲基丙烷结构相似，在分子组成上相差1个“CH2”原子团，两者互为同系物，B项 正 确 ； C60 和 C70 均为 单质 ， 不 是核素 ， C项 错 误 ； H2NCH2COOCH3的分子式 为 C3H7NO2，而CH3CH2NO2的分子式为C2H5NO2，两者不是同分异构体，D项错误， 故选B。
异形体是由同种元素组成的性质不同的单质，故属于同素异形体的组为A；同系物
是指结构相似，分子组成相差一个或若干个CH2基团的有机物，因此属于同系物的 组是C；同分异构体是指分子式相同结构不同的化合物，故属于同分异构体的组是
E；而由于单键碳为四面体结构，因此E为同一物质。
答案 (1)B (2)A (3)C (4)E (5)D
不符合题意；D.
与
基丁烷，故 D 符合题意；答案为 D。
答案 D
表示的是同一种物质：2-甲
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备考策略 同系物的对象是有机化合物，属于同系物的有机物必须结构相似，在有机物的分类中，
属于同一类物质，通式相同，化学性质相似，差异是分子式不同，相对分子质量不同，
在组成上相差一个或若干个CH2原子团，相对分子质量相差14的整数倍，如分子中含 碳原子数不同的烷烃之间就属于同系物。