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【“仪”起享奥运】同位素、同素异形体、同分异构体、同系物的比较

通标小菜鸟

2024/08/13

核磁共振技术（NMR）

一、同位素

同位素的研究对象是原子，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。

⒈ 概念：质子数相同，中子数不同的同一种元素的不同原子之间互为同位素。

⒉ 判断依据：质子数相同，中子数不同。

⒊ 结构：电子层结构相同，原子核结构不同。

⒋ 对象：原子之间。

⒌ 性质：物理性质不同，化学性质几乎完全相同。

⒍ 实例：11H、21H与31H，16O与18O。

⒎ 注意：

⑴ 由于存在同位素，原子种类比元素种类多；

⑵ 同位素的化学性质几乎相同；

⑶ 天然存在的某种元素中，不论是游离态还是化合态，各种同位素原子的含量不变。

二、同素异形体

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）。

⒈ 概念：同种元素组成的结构不同的单质之间互为同素异形体。

⒉ 判断依据：同种元素的不同单质。

⒊ 结构：单质的组成和结构不同。

⒋ 对象：单质之间。

⒌ 性质：物理性质不同，化学性质相似，一定条件下可以相互转变。

⒍ 实例：金刚石与石墨、C60；红磷与白磷。

⒎ 注意：

⑴ 由于结构不同，化学性质也有差异，如白磷比红磷活泼；

⑵ 同素异形体指的是由同种元素形成的结构不同的单质，H2、D2、T2的关系不是同素异形体也不是同位素。H2和D2的结构相同，不属于同素异形体。

⒏ 同素异形体的形成方式：

(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。

三、同分异构体

⒈ 概念：分子式相同，结构不同的化合物互为同分异构体。

⒉ 判断依据：分子式相同，结构不同，不一定是同一种物质。

⒊ 结构：不同。

⒋ 对象：一般为有机化合物之间。

⒌ 性质：物理性质不同，化学性质可能相似也可能不同。

⒍ 实例：CH3COOH与HCOOCH3。

⒎ 注意：

⑴ 因分子式相同故组成和式量也相同；

⑵ 式量相同的物质不一定是同分异构体，如HCOOH和CH3CH2OH的式量均为46。

⑶ 同分异构体可以是同类物质，也可以是不同类物质。

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)4]Cl3和[Pu(H2O)2Cl2]·2H2O·Cl。

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)：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、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。

四、同系物

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。

⒈ 概念：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。

⒉ 判断依据：结构相似，通式相同，组成相差n个CH2，相对分子质量不同（相差14n）。

⒊ 结构：相似。

⒋ 对象：有机化合物之间。

⒌ 性质：物理性质不同，化学性质相似。

⒍ 实例：甲烷、乙烷和丙烷；乙烯和丙烯；甲酸和乙酸。

⒎ 注意：

⑴ 具有同一通式；

⑵ 化学性质相似；

⑶ 物理性质随式量呈规律性变化。

⑷ 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。

⑸ 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CnH2n，但不是同系物。

⑹ 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。

⑺ 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。

五、主要区别

同位素、同素异形体、同分异构体、同系物的区别主要表现在以下5个方面：

⒈ 表述对象不同

⑴ 同位素：原子；

⑵ 同素异形体：单质；

⑶ 同分异构体：化合物（有机物、无机物）；

⑷ 同系物：有机化合物。

⒉ 概念不同

⑴ 同位素：质子数相同，中子数不同的原子(核素)。

⑵ 同素异形体：由同一种元素组成的不同单质。

⑶ 同分异构体：分子式相同，结构不同的化合物。

⑷ 同系物：结构相似，分子组成相差一个或若干个CH2基团的物质。

⒊ 性质不同

⑴ 同位素：物理性质不同，化学性质相同。

⑵ 同素异形体：物理性质不同，化学性质相同。

⑶ 同分异构体：物理性质不同，化学性质不一定相同。

⑷ 同系物：物理性质不同，化学性质相似。

⒋ 化学式不同

元素符号表示不同，如元素符号表示相同，分子式可以不同。

⒌ 结构不同

电子层结构相同，原子核结构不同，单质的组成或结构不同。

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