1、高中化学 同位素 同素异形体 同系物 同分异构体和同种物质的比较概念辨析 新人教版(概念辩析)同位素、同素异形体、同系物、同分异构体和同种物质的比较。同位素、同素异形体、同系物和同分异构体的比较化学基本概念反映化学物质的本质属性，是化学的基础。明确概念的内涵与外延，是正确把握知识的要素，也是正确判断和推理的基础，因此在概念的教学中，让学生掌握、运用概念，尤为重要。同位素、同素异形体、同系物、同分异构体和同一种物质等化学中几个经常用到的概念，也是一些同学经常混淆的概念，下面就这几个概念的区别加以详细的说明。 对于同位素、同素异形体、同系物和同分异构体这四个概念，学习时应着重从其定义、对象、化学式
2、、结构和性质等方面进行比较，抓住各自的不同点，从而理解和掌握。这几个概念都表明了事物之间的关系，下表列出了比较了它们的异同：同位素同素异形体同系物同分异构体定义质子数相同，中子数不同的原子(核素)由同一种元素组成的不同单质结构相似，分子组成相差一个或若干个CH2基团的物质分子式相同，结构不同的化合物对象原子单质化合物化合物化学式元素符号表示不同，如、元素符号表示相同，分子式可以不同，如O2和O3不同相同结构电子层结构相同，原子核结构不同单质的组成或结构不同相似不同性质物理性质不同，化学性质相同物理性质不同，化学性质相同物理性质不同，化学性质相似物理性质不同，化学性质不一定相同说明：1、同位素的
3、对象是原子，在元素周期表上占有同一位置,化学性质基本相同,但原子质量或质量数不同,从而其质谱行为、放射性转变和物理性质(例如在气态下的扩散本领)有所差异。2、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）。 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(
4、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。3、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。 (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
5、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CnH2n,但不是同系物。(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
6、子个数的增多而增大。4、同分异构体的对象是化合物，属于同分异构体的物质必须化学式相同，结构不同，因而性质不同。具有“五同一异”，即同分子式、同最简式、同元素、同相对原子式量、同质量分数、结构不同。属于同分异构体的物质可以是有机物，如正丁烷和异丁烷；可以是有机物和无机物，如氰酸铵和尿素；也可以是无机物，如Pu(H2O)4Cl3和Pu(H2O)2Cl22H2OCl。在有机物中，很多物质都存在同分异构体，中学阶段涉及的同分异构体常见的有以下几类：(1)碳链异构：指碳原子之间连接成不同的链状或环状结构而造成的异构。如C5H12有三种同分异构体，即正戊烷、异戊烷和新戊烷。(2)位置异构(官能团位置异构)
7、：指官能团或取代基在在碳链上的位置不同而造成的异构。如1丁烯与2丁烯、1丙醇与2丙醇、邻二甲苯与间二甲苯及对二甲苯。(3)类别异构(又称官能团异构)：指官能团不同而造成的异构，如1丁炔与1，3丁二烯、丙烯与环丙烷、乙醇与甲醚、丙醛与丙酮、乙酸与甲酸甲酯、葡萄糖与果糖、蔗糖与麦芽糖等。(4)其他异构方式：如顺反异构、对映异构（也叫做镜像异构或手性异构）等，在中学阶段的信息题中屡有涉及。各类有机物类别异构体情况： CnH2n+2：只能是烷烃，而且只有碳链异构。如CH3(CH2)3CH3、CH3CH(CH3)CH2CH3、C(CH3)4 CnH2n：单烯烃、环烷烃。如CH2=CHCH2CH3、CH3
8、CH=CHCH3、CH2=C(CH3)2、 CnH2n-2：炔烃、二烯烃、环烯烃。如： CnH2n-6：芳香烃（苯及其同系物）。如： CnH2n+2O：饱和脂肪醇、醚。如：CH3CH2CH2OH、CH3CH(OH)CH3、CH3OCH2CH3 CnH2nO：醛、酮、环醚、环醇、烯基醇。如：CH3CH2CHO、CH3COCH3、CH2=CHCH2OH、 、 、 CnH2nO2：羧酸、酯、羟醛、羟基酮。如：CH3CH2COOH、CH3COOCH3、HCOOCH2CH3、HOCH2CH2CHO、CH3CH(OH)CHO、CH3COCH2OH CnH2n+1NO2：硝基烷、氨基酸。如：CH3CH2NO
9、2、H2NCH2COOH Cn(H2O)m：糖类。如： C6H12O6：CH2OH(CHOH)4CHO、CH2OH(CHOH)3COCH2OHC12H22O11：蔗糖、麦芽糖。例1、下列各组物质中，两者互为同分异构体的是( )。CuSO4?3H2O和CuSO4?5H2O NH4CNO和CO(NH2)2 C2H5NO2和NH2CH2COOH Pu(H2O)4Cl3和Pu(H2O)2Cl2 ?2H2O?ClA、 B、 C、 D、解析：同分异构体是分子式相同，但结构不同。CuSO4?3H2O和CuSO4?5H2O组成就不同，不是同分异构体；NH4CNO和CO(NH2)2分子式相同，二者结构不同，互为
10、同分异构体；C2H5NO2和NH2CH2COOH，前者是硝基化合物，后者是氨基酸，分子式相同，属于类别异构；Pu(H2O)4Cl3和Pu(H2O)2Cl2 ?2H2O?Cl，前者表示四个水分子直接和Pu相结合，后者中是两分子的水和两个氯离子与Pu相结合，所以结构不同，互为同分异构体。正确选项为B。例2、下列各组物质，其中属于同系物的是( )。(1)乙烯和苯乙烯 (2)丙烯酸和油酸 (3)乙醇和丙二醇 (4)丁二烯与异戊二烯 (5)蔗糖与麦芽糖A(1)(2)(3)(4) B(2)(4)C(1)(2)(4)(5) D(1)(2)(4)解析：同系物是指结构相似，即组成元素相同，官能团种类、个数相同，
11、在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团，即分子组成通式相同的物质。乙烯和苯乙烯，后者含有苯环而前者没有；丙烯酸和油酸含有的官能团都是双键和羧基，而且数目相同所以是同系物；乙醇和丙二醇官能团的数目不同；丁二烯与异戊二烯都是共轭二烯烃，是同系物；蔗糖和麦芽糖是同分异构体而不是同系物。正确选项为B。例3、有下列各组微粒或物质： CH3A、O2和O3 B、C和C C、CH3CH2CH2CH3和 CH3CH2CHCH3 H Cl CH3D、ClCCl和ClCH E、CH3CH2CH2CH3和CH3CHCH3 H H（1） 组两种微粒互为同位素；（2） 组两种物质互为同素异形体；（3） 组两种物质属于同
12、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：这道题主要是对几个带“同字”概念的考查及识别判断能力。A项为都由氧元素形成的结构不同的单质，为同素异形体。B项为质子数相同，中子数不同的原子，属于同位素。C项均为烷烃结构，分子组成上相差一个CH2原子团，属于同系物。D项均为甲烷的取代产物，因而是立体结构，是同种物质。D项的分子式相同，结构不同(碳链异构)，是同分异构体。正确选项为：（1）B （2）A （3）C （4）E （5）D例4如果定义有机物的同系列是一系列结构简式符合： (其中n=0、1、2、3)的化合物。式中A、B是任意一种基团(或氢原子)，w为2价的有机基团，又
13、称为该同系列的系差。同系列化合物的性质往往呈现规律性变化。下列四组化合物中，不可称为同系列的是：ACH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH2CH3BCH3CHCHCHO CH3CHCHCHCHCHO CH3(CH=CH)3CHOCCH3CH2CH3 CH3CHClCH2CH3 CH3CHClCH2CHClCH3DClCH2CHClCCl3 ClCH2CHClCH2CHClCCl3 ClCH2CHClCH2CHClCH2CHClCCl3解析：此题是95年全国高考题，也是一个信息题，信息中给出了一个新的概念同系列。在课堂上我们学习过同系物这一概念。这就
14、形成了两个非常相近的概念，需要我们在理解新信息的基础上，进行对比、辨析，然后运用解题。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。而同系列是指结构相似，在结构上相差一个或若干个重复结构单元的物质。据此可迅速作出判断，正确选项为C。练习：1在热核反应中没有中子辐射，作为能源时不会污染环境。月球上的储量足够人类使用1000年，地球上含量很少。和两者互为（ ）A同素异形体 B同位素 C同系物 D同分异构体解析：和的质子数相同，中子数不同，二都均为原子，互为同位素。答案： B2美国和墨西哥研究人员将普通纳米银微粒分散到纳米泡沫碳（碳的第五种单质形态）中，得到不同形状的纳米银微粒
15、，该纳米银微粒能有效杀死艾滋病病毒(HIV1)。纳米泡沫碳与金刚石的关系是A同素异形体 B同分异构体 C同系物 D同位素解析：因纳米泡沫碳是碳的第五种单质形态，而金刚石也是碳的一种单持同，所以二者是由同种元素形成的结构不同的单质，故为同素异形体。答案：A3下列各对物质中属于同分异构体的是（ ）。A.C与C B.O2与O3解析：A是同位素，B是同素异形体，C是同一物质，D是同分异构体。答案：D4下列各组物质中，互为同系物的是（ ）。 A. OH与 CH3 B. HCOOCH3 与CH3COOC3H7 C. CH=CH2 与CH3CH=CH2 D. C6H5OH与C6H5CH2OH 解析：A项二者
16、相差一个氧原子，不是同系物。B项均为酯，结构相似，又分子组成上相差一个CH2原子团，属于同系物。C项不是同一类别的有机物，结构不相似，不是同系物。D项的C6H5OH是苯酚，C6H5CH2OH是苯甲醇，不是同一类别的，结构不相似，不是同系物。答案： B5下列各组物质中一定互为同系物的是（ ）。AC3H8、C8H18 B C2H4、C3H6 C C2H2、C6H6 D C8H10、C6H6解析：A项均为烷烃，分子组成上相差CH2原子团，是同系物。B项不一定互为同系物，当二者都是烯烃时，是同系物；当C3H6是环丙烷时，不是同系物。同理，C项结构不相似，不是同系物。D项可以是不同的类别，不一定是同系物
17、。答案： A6、人们使用四百万只象鼻虫和它们的215磅粪物，历经30年多时间弄清了棉子象鼻虫的四种信息素的组成，它们的结构可表示如下：以上四种信息素中互为同分异构体的是（ ）。A 和 B 和 C 和 D 和解析：这四种有机物均用键线式表示，其中和为同种物质；和的分子式相同，结构明显不同，互为同分异构体。答案：D7、萘分子的结构可以表示为 或 ，两者是等同的。苯并芘是强致癌物质（存在于烟囱灰、煤焦油、燃烧的烟雾和内燃机的尾气中）。它的分子由5个苯环并合而成，其结构式可以表示为（）或（）式： （） () 这两者也是等同的。现有结构式A B C D A B C D其中：与（）、（）式等同的结构式是（ ）；与（）、（）式同分异构体的是（ ）。解析： 以（）式为基准，图形从纸面上取出向右翻转180度后再贴回纸面即得D式，将D式在纸面上反时针旋转45度即得A式。因此，A、D都与（）、()式等同。也可以（）式为基准，将（）式图形在纸面上反时针旋转180度即得A式，（）式在纸面上反时针旋转135度即得D式。从分子组成来看，（）式是C20H12，B式也是C20H12，而C式是C19H12，所以B是、 的同分异构体，而C式不是。答案：（1）AD （2）B。
