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同位素、同素异形体、同系物、同分异构体比较说明

来源:未知作者:赵庆生 点击:所属专题: 同分异构体 同素异形体 概念辨析 同系物 同位素
同位素、同素异形体、同系物、同分异构体这四个概念都带有一个同字。分别对应同一元素的不同原子、同一元素形成的不同单质、组成结构和性质相似的有机物、分子组成相同但结构不同的物质。对于同一种物质本文没有列入讨论。 同位素 是指质子数相同而中子数不同的同一种元素的

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同位素、同素异形体、同系物、同分异构体这四个概念都带有一个同字。分别对应同一元素的不同原子、同一元素形成的不同单质、组成结构和性质相似的有机物、分子组成相同但结构不同的物质。对于同一种物质本文没有列入讨论。

同位素

是指质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同原子互称为同位素。把具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子叫做核素。同位指核素的质子数相同,在周期表中占有相同的位置。同位素中又有放射性同位素,化学书籍所列相对原子质量多数含有小数就是大都存在同位素的缘故。相对于同位素,还有人提出同量素概念,是指质子数和中子数都不同但质量数相同的核素。高考要求是理解同位素概念,看懂并会写核素表示式,计算元素相对原子质量。由于这个知识点题目相对容易,仅在第一年课标卷(宁夏卷)即2007年第9题出现,难度系数0.89,所以以后再也没有出现。

同素异形体

在初中九年级教材叙述为由同种元素形成的不同单质。大体可分为三类:物质中原子的排列不同,按照高中讲解是连接方式不同,如金刚石和石墨;分子中的原子个数不同,氧气和臭氧;连接方式和分子中原子个数都不同,如红磷和白磷。中学阶段理解同素异形体存在于第ⅣA碳、ⅤA磷、ⅥA氧的理由。这样才有助于记忆且同时理解其性质。硅元素原子核外电子有3层,半径大,原子之间另一种键合时彼此键合能力弱,这既是含硅化合物远不及碳的原因,也是其同素异形体不易存在的理由。同理由于氮原子之间可以以氮氮三键结合成为稳定的氮气分子,因此也是极难成为其他形式的单质。至于氧的同素异形体可以与碳相类比,当然高考题中曾经以信息介绍硫的同素异形体S8,笔者意见作为特例记忆合适。至于卤族,由于其最外层7个电子,以共用一对电子成为稳定结构,当然不必形成其他形式结合的同素异形体,还有Ⅰ、Ⅱ为金属元素,可认为没有其他形式的单质,Ⅲa族的铝也是金属。这样理解记忆即可。同素异形体物理性质和化学性质均有不同,其中物理性质差别较为明显,如熔、沸点和气味明显不同;化学性质也有不同,如石墨较金刚石稳定,臭氧比氧气氧化性强,白磷在空气中可以自燃。值得一提的是,对于常态下为固体的物质,熔化后成为相同的液体,它们的沸点就相同了,如金刚石和石墨沸点就相同。应当注意,同素异形体之间的转化属于化学变化。

同系物

是指结构相似,在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称。 同系物概念的引入是为了对于种类繁多的有机物研究和学习而做的。同系物是以官能团为基础所进行有机物的分类。结构相似是指具有相同的官能团。同系物有五同五不同。即元素相同、官能团种类相同、官能团个数相同、化学性质相同、类别相同(属于同一个系列),不同是分子式不同(相差n个CH2)、分子量(相对分子质量相差14n)不同、物理性质不同(呈现有规律地变化)、各元素所含质量分数不同(烯烃和环烷烃两系列例外)、名称不同。同系物的概念还可以拓展,如系差为30的醇类CH2OH的甲醇、乙二醇和丙三醇,也可认为是同系物。上世纪八十年代(全国卷)就曾经出现过这类高考题,但在九十年代之后至今再也没有出现。因此现行理综高考复习可不必做这种拓展。

同分异构体

是指化合物具有相同的分子式,但具有不同结构的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。这在高考中考得最多,属于基本年年必考的热点。同分异构体有四同、两不同、两可(能)。五同是分子式相同、组成元素相同、各元素的原子个数相同、各元素质量分数相同、实验式或最简式相同,其中第一个相同决定了其他四项一定相同。不同的是物理性质不同和名称不同。可能相同的是化学性质和物质类别。同分异构体题目求解涉及三要素:概念、等效氢、有序性。概念是解决题目的前提,等效氢的判断是解题的关键,而有序性则是解题的有效方法和步骤。

概念:首先必须明确同分异构体的概念。同分异构体是分子式相同而结构不同的物质,这里必须强调的是结构。所谓结构,应当是分子中原子之间的连接顺序和键性,即单键、双键、三键。这是现今高考的要求。(注:广义的结构还应刚包括空间排布,即对映异构和顺反异构,对于这两类异构体,本文不作讨论。)同分异构体由于分子式相同、因此组成元素、元素原子个数、各元素质量分数、相同相对分子质量以及实验式、最简式都相同。由于通常键性都相同,因此同分异构体总是考虑原子间的连接顺序即可。

等效氢:考虑分子内原子之间的连接顺序,就成为主要是氢原子被取代的产物。这就是等效氢的判断,是同分异构体的关键,有几种氢就有几种同分异构体。氢原子的种类与分子的对称性相关,具体可分为同碳和不同碳两类。同碳上的氢一定属于等效氢,这是因为碳--氢单键可以自由旋转;不同碳可分为链烃和芳烃。链烃如烷烃,可以采取拉成一条直线的方法来判断,处于对称位置的碳原子等效,当然相应的氢原子也等效。含苯环的芳烃一元取代之后存在邻、间、对三种等效氢是因为存在一个通过取代基且垂直于苯环平面的对称面。

有序性:有序是指不能跳跃,而要按照一定的条理分析等效氢。一旦跳跃就容易遗漏或重复造成误判,即使没有误判也会耗时费力。因此有序性也是求解同分异构体试题的必须。如2016年Ⅱ卷第10题丁烷二氯代物的同分异构体数目,首先应当列出2种碳链;继而分别排出正丁和异丁的等效氢种数,即分别得到正丁和异丁一氯代物的同分异构体数目;然后再经分析分别得出正丁二氯代和异丁二氯代等效氢数目;最后将正丁和异丁的等效氢种数即同分异构体数目加和,就得到题目要求的丁烷二氯代物异构体的数目。(详解请看《历年高考真题解析》全国卷理综化学:2016年甲卷分册即Ⅱ卷P10第10题解法)

说明:本文迟发为歉!其次由于内容较多,将分两次。下文讨论四同的相关高考试题发展与现状以及复习方法建议,将插在本周内另文发出。

赵庆生 于2019-12-16pm16:05(美东时间)

(责任编辑:化学自习室)
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