2020-2021学年高中化学鲁科版（2019）选择性必修2 第3章 第3节 液晶、纳米材料与超分子学案
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年高中化学鲁科版（2019）选择性必修2 第3章 第3节 液晶、纳米材料与超分子学案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 671.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-02-21 21:04:11 | ||
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文档简介
第3节 液晶、纳米材料与超分子
发 展 目 标 体 系 构 建
1.知道物质除有三种基本的聚集状态外，还有晶体、非晶体、液晶、纳米材料和超分子等其他聚集状态。2.知道液晶、纳米材料、超分子的概念及结构与性质的关系。3.通过对液晶、纳米材料、超分子的认知，知道物质的聚集状态会影响物质的性质，通过改变物质的聚集状态可能获得特殊的材料。
一、液晶
1．定义
在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面又表现出类似晶体的各向异性的物质称为液态晶体，简称液晶。
2．原因
液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列。
为什么液晶具有显示功能？
提示：液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切有关，在施加电压时，液晶分子能够沿电场方向排列，而在移去电场后，液晶分子又恢复到原来的状态，所以液晶具有显示功能。
二、纳米材料
1．结构
纳米材料由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序，而界面则为无序结构，因此纳米材料具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。
2．构成粒子
(1)纳米材料的结构粒子是排列成了纳米量级的原子团。
(2)通常，组成纳米材料的晶状颗粒内部的有序原子与晶粒界面的无序原子各约占原子总数的50%，从而形成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。纳米材料的粒子细化和界面原子比例较高。
纳米材料有什么特性？
提示：粒子细化、界面原子比例较高，使纳米材料在光、声、电、磁、热、力、化学反应等方面具有特性。
三、超分子
1．定义
若两个或多个分子相互“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体，能表现出不同于单个分子的性质，可以把这种聚集体看成分子层次之上的分子，称为超分子。
2．形成超分子的作用力
超分子内部分子之间通过非共价键结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。
3．超分子的应用
(1)冠醚识别阳离子
(2)分子梭的转化
在链状分子A上同时含有两个不同的识别位点。在碱性情况下，环状分子B与带有正电荷的位点1的相互作用较强；在酸性情况下，由于位点2的烷基铵结合H＋而带正电荷，与环状分子B的作用增强。因此，通过加入酸和碱，可以实现分子梭在两个不同状态之间的切换。
(3)分子组装
在分子水平上进行分子设计，有序组装甚至复制出一些新型分子材料。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”。)
(1)超分子的性质与组成超分子的单个分子的性质相同。 (×)
(2)液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性。 (√)
(3)富勒烯、石墨棒、碳纳米管均属于纳米材料。 (×)
2．纳米材料是21世纪最有前途的新型材料之一，世界各国对这一新材料给予了极大的关注。纳米粒子是指直径为1～100 nm的超细粒子(1 nm＝10－9 m)。由于表面效应和体积效应，其常有奇特的光、电、磁、热等性质，可开发为新型功能材料。下列有关纳米粒子的叙述不正确的是( )
A．因纳米粒子半径太小，故不能将其制成胶体
B．一定条件下纳米粒子可催化水的分解
C．一定条件下，纳米TiO2陶瓷可发生任意弯曲，可塑性好
D．纳米粒子半径小，表面活性高
A [根据纳米粒子微粒大小，判断出其分散质微粒大小刚好处在胶体分散质大小的范围内，所以纳米材料可以形成胶体。]
3．下列有关液晶的叙述不正确的是( )
A．液晶既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性
B．液晶最重要的用途是制造液晶显示器
C．液晶不是物质的一种聚集状态
D．液晶分子聚集在一起时，其分子间相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
C [从液晶的结构特征看，液晶具有晶体的某些性质，如各向异性。在电场作用下，液晶分子能够沿电场方向有序排列，这也是制造液晶显示器的依据。液晶是介于液态和固态之间的一种聚集状态故只有C选项错误。]
物质的不同聚集状态
液晶和碳纳米管是常用的功能材料
液晶电视 碳纳米管
1．你知道显示屏上的图像是用什么方法显示出来的吗？
提示：液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列有关，施加电压时，液晶分子能够沿电场方向有序排列，而移去电场后，液晶分子又恢复到原来的状态。
2．纳米材料为什么在光、电、磁、化学反应等方面表现出特异功能？
提示：组成纳米材料的晶状颗粒的内部有序原子与晶粒界面的无序原子各约占原子总数50%，界面原子比例高，加之粒子的细化，使其表现出特异功能。
物质的聚集状态有：气态、液态、固态及一些特殊的聚集状态。
物质的聚集状态随构成物质的微粒种类、微粒间相互作用、微粒的聚集程度的不同而有所不同。不同聚集状态的物质具有不同的特性，根据这些特性可以制造出特殊的材料。
具有特殊聚集状态的物质归纳如下表：
组成与结构特征 主要性能
液晶 在一定的温度范围内既具有液体的可流动性又具有晶体的各向异性的一类物质，内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的状态 在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类似晶体的各向异性，分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
纳米材料 由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成，纳米颗粒内部具有晶状结构而界面则为无序结构 在光、声、电、磁、热、力、化学反应等方面完全不同于由微米量级或毫米量级的结构颗粒构成的材料
超分子 两个或多个分子通过非共价键相结合，包括氢键、静电作用、疏水作用、配位键等结合成的具有特定结构和功能的聚集体 具有分子识别功能、自组装功能等
【例】 下列关于物质特殊聚集状态的叙述中，错误的是( )
A．等离子体的基本构成微粒是带电的离子和电子及不带电的分子或原子
B．非晶体基本构成微粒的排列是长程无序和短程有序
C．液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性
D．纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分，两部分的排列都是长程有序
D [纳米材料由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。纳米颗粒内部是长程有序的晶体结构，界面则是无序结构，因此纳米材料具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。]
1．电子表、电子计算器、电脑显示器都运用了液晶材料显示图像和文字。有关其显示原理的叙述中正确的是( )
A．施加电压时，液晶分子沿垂直于电场方向排列
B．移去电场后，液晶分子恢复到原来的状态
C．施加电压时，液晶分子恢复到原来的状态
D．移去电场后，液晶分子沿电场方向排列
B [液晶的显示原理为施加电压时，液晶分子沿电场方向排列；移去电场后，液晶分子恢复到原来的状态，B正确。]
2．下列关于纳米材料基本构成微粒的叙述中，错误的是( )
A．三维空间尺寸必须都处于纳米级
B．既不是微观粒子，也不是宏观物质
C．是原子排列成的纳米数量级原子团
D．是长程无序的一种结构状态
A [纳米材料的基本构成微粒的尺寸至少有一维处于纳米级即可，A错误；纳米材料的基本构成微粒处于纳米数量级，既不是微观粒子，也不是宏观物质，B正确；原子排列成纳米量级的原子团，是组成纳米材料的结构粒子，C正确；纳米材料是短程有序而长程无序的一种结构状态，D正确。]
1．关于液晶的下列说法中正确的是( )
A．液晶是一种晶体
B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性
C．液晶的化学性质与温度变化无关
D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
D [液晶的微观结构介于晶体和液体之间，A错误；虽然液晶分子在特定方向上的排列比较整齐，且具有各向异性，但液晶分子的排列是不稳定的，B错误；外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，C错误；温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，D正确。]
2．下列关于纳米材料的叙述中，正确的是( )
A．包括纳米颗粒和颗粒间的界面两部分
B．将物体粉碎成几纳米的小颗粒即得到纳米材料
C．纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料
D．同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质
A [纳米材料是指三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料，B、C项错误；同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体在性质上具有很大的差别，如金的常规熔点为1 064 ℃，但2 nm尺寸金的熔点仅为327 ℃左右，D项错误。]
3．(素养题)液晶广泛用于电子仪表产品等，MBBA是一种研究较多的液晶材料，其化学式为C18H21NO，下列有关说法中正确的是( )
A．MBBA属于有机高分子化合物
B．MBBA由碳、氢、氧、氮四种元素组成
C．MBBA中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶2∶1
D．MBBA中含有一氧化氮分子
B [有机高分子化合物是由一类相对分子质量很大的分子聚合而成的物质，且无固定的化学式，A错误；MBBA物质由碳、氢、氧、氮四种元素组成，B正确；由MBBA的化学式可知，其分子中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶1∶1，C错误；MBBA是由C18H21NO分子构成的化合物，D错误。]
4．下列不能看作超分子的是( )
A．两个DNA分子链通过氢键结合在一起
B．细胞膜中的磷脂分子的双层膜结构
C．冠醚与金属离子的聚集体
D．所有以氢键结合在一起的分子
[答案] D
5．下列关于纳米技术的叙述不正确的是( )
A．将“纳米材料”均匀分散到液体分散剂中可制得液溶胶
B．用纳米级金属颗粒粉剂作催化剂可加快反应速率，提高反应物的平衡转化率
C．用纳米颗粒粉剂做成火箭的固体燃料将有更大的推动力
D．银器能抑菌、杀菌，纳米银微粒植入内衣织物中，有奇异的抑菌、杀菌效果
B [纳米材料的直径在1 nm～100 nm范围内，与胶粒直径范围相同，A正确；催化剂可加快化学反应的速率，但不能使化学平衡发生移动，B不正确；与块状固体相比，纳米颗粒直径小，表面积大，因而化学反应的速率快，所以短时间内可产生更大推动力，C正确；银为重金属，重金属离子可使蛋白质变性，故有杀菌作用，D正确。]
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发 展 目 标 体 系 构 建
1.知道物质除有三种基本的聚集状态外，还有晶体、非晶体、液晶、纳米材料和超分子等其他聚集状态。2.知道液晶、纳米材料、超分子的概念及结构与性质的关系。3.通过对液晶、纳米材料、超分子的认知，知道物质的聚集状态会影响物质的性质，通过改变物质的聚集状态可能获得特殊的材料。
一、液晶
1．定义
在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面又表现出类似晶体的各向异性的物质称为液态晶体，简称液晶。
2．原因
液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列。
为什么液晶具有显示功能？
提示：液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切有关，在施加电压时，液晶分子能够沿电场方向排列，而在移去电场后，液晶分子又恢复到原来的状态，所以液晶具有显示功能。
二、纳米材料
1．结构
纳米材料由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序，而界面则为无序结构，因此纳米材料具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。
2．构成粒子
(1)纳米材料的结构粒子是排列成了纳米量级的原子团。
(2)通常，组成纳米材料的晶状颗粒内部的有序原子与晶粒界面的无序原子各约占原子总数的50%，从而形成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。纳米材料的粒子细化和界面原子比例较高。
纳米材料有什么特性？
提示：粒子细化、界面原子比例较高，使纳米材料在光、声、电、磁、热、力、化学反应等方面具有特性。
三、超分子
1．定义
若两个或多个分子相互“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体，能表现出不同于单个分子的性质，可以把这种聚集体看成分子层次之上的分子，称为超分子。
2．形成超分子的作用力
超分子内部分子之间通过非共价键结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。
3．超分子的应用
(1)冠醚识别阳离子
(2)分子梭的转化
在链状分子A上同时含有两个不同的识别位点。在碱性情况下，环状分子B与带有正电荷的位点1的相互作用较强；在酸性情况下，由于位点2的烷基铵结合H＋而带正电荷，与环状分子B的作用增强。因此，通过加入酸和碱，可以实现分子梭在两个不同状态之间的切换。
(3)分子组装
在分子水平上进行分子设计，有序组装甚至复制出一些新型分子材料。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”。)
(1)超分子的性质与组成超分子的单个分子的性质相同。 (×)
(2)液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性。 (√)
(3)富勒烯、石墨棒、碳纳米管均属于纳米材料。 (×)
2．纳米材料是21世纪最有前途的新型材料之一，世界各国对这一新材料给予了极大的关注。纳米粒子是指直径为1～100 nm的超细粒子(1 nm＝10－9 m)。由于表面效应和体积效应，其常有奇特的光、电、磁、热等性质，可开发为新型功能材料。下列有关纳米粒子的叙述不正确的是( )
A．因纳米粒子半径太小，故不能将其制成胶体
B．一定条件下纳米粒子可催化水的分解
C．一定条件下，纳米TiO2陶瓷可发生任意弯曲，可塑性好
D．纳米粒子半径小，表面活性高
A [根据纳米粒子微粒大小，判断出其分散质微粒大小刚好处在胶体分散质大小的范围内，所以纳米材料可以形成胶体。]
3．下列有关液晶的叙述不正确的是( )
A．液晶既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性
B．液晶最重要的用途是制造液晶显示器
C．液晶不是物质的一种聚集状态
D．液晶分子聚集在一起时，其分子间相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
C [从液晶的结构特征看，液晶具有晶体的某些性质，如各向异性。在电场作用下，液晶分子能够沿电场方向有序排列，这也是制造液晶显示器的依据。液晶是介于液态和固态之间的一种聚集状态故只有C选项错误。]
物质的不同聚集状态
液晶和碳纳米管是常用的功能材料
液晶电视 碳纳米管
1．你知道显示屏上的图像是用什么方法显示出来的吗？
提示：液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列有关，施加电压时，液晶分子能够沿电场方向有序排列，而移去电场后，液晶分子又恢复到原来的状态。
2．纳米材料为什么在光、电、磁、化学反应等方面表现出特异功能？
提示：组成纳米材料的晶状颗粒的内部有序原子与晶粒界面的无序原子各约占原子总数50%，界面原子比例高，加之粒子的细化，使其表现出特异功能。
物质的聚集状态有：气态、液态、固态及一些特殊的聚集状态。
物质的聚集状态随构成物质的微粒种类、微粒间相互作用、微粒的聚集程度的不同而有所不同。不同聚集状态的物质具有不同的特性，根据这些特性可以制造出特殊的材料。
具有特殊聚集状态的物质归纳如下表：
组成与结构特征 主要性能
液晶 在一定的温度范围内既具有液体的可流动性又具有晶体的各向异性的一类物质，内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的状态 在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类似晶体的各向异性，分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
纳米材料 由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成，纳米颗粒内部具有晶状结构而界面则为无序结构 在光、声、电、磁、热、力、化学反应等方面完全不同于由微米量级或毫米量级的结构颗粒构成的材料
超分子 两个或多个分子通过非共价键相结合，包括氢键、静电作用、疏水作用、配位键等结合成的具有特定结构和功能的聚集体 具有分子识别功能、自组装功能等
【例】 下列关于物质特殊聚集状态的叙述中，错误的是( )
A．等离子体的基本构成微粒是带电的离子和电子及不带电的分子或原子
B．非晶体基本构成微粒的排列是长程无序和短程有序
C．液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性
D．纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分，两部分的排列都是长程有序
D [纳米材料由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。纳米颗粒内部是长程有序的晶体结构，界面则是无序结构，因此纳米材料具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。]
1．电子表、电子计算器、电脑显示器都运用了液晶材料显示图像和文字。有关其显示原理的叙述中正确的是( )
A．施加电压时，液晶分子沿垂直于电场方向排列
B．移去电场后，液晶分子恢复到原来的状态
C．施加电压时，液晶分子恢复到原来的状态
D．移去电场后，液晶分子沿电场方向排列
B [液晶的显示原理为施加电压时，液晶分子沿电场方向排列；移去电场后，液晶分子恢复到原来的状态，B正确。]
2．下列关于纳米材料基本构成微粒的叙述中，错误的是( )
A．三维空间尺寸必须都处于纳米级
B．既不是微观粒子，也不是宏观物质
C．是原子排列成的纳米数量级原子团
D．是长程无序的一种结构状态
A [纳米材料的基本构成微粒的尺寸至少有一维处于纳米级即可，A错误；纳米材料的基本构成微粒处于纳米数量级，既不是微观粒子，也不是宏观物质，B正确；原子排列成纳米量级的原子团，是组成纳米材料的结构粒子，C正确；纳米材料是短程有序而长程无序的一种结构状态，D正确。]
1．关于液晶的下列说法中正确的是( )
A．液晶是一种晶体
B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性
C．液晶的化学性质与温度变化无关
D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
D [液晶的微观结构介于晶体和液体之间，A错误；虽然液晶分子在特定方向上的排列比较整齐，且具有各向异性，但液晶分子的排列是不稳定的，B错误；外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，C错误；温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，D正确。]
2．下列关于纳米材料的叙述中，正确的是( )
A．包括纳米颗粒和颗粒间的界面两部分
B．将物体粉碎成几纳米的小颗粒即得到纳米材料
C．纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料
D．同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质
A [纳米材料是指三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料，B、C项错误；同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体在性质上具有很大的差别，如金的常规熔点为1 064 ℃，但2 nm尺寸金的熔点仅为327 ℃左右，D项错误。]
3．(素养题)液晶广泛用于电子仪表产品等，MBBA是一种研究较多的液晶材料，其化学式为C18H21NO，下列有关说法中正确的是( )
A．MBBA属于有机高分子化合物
B．MBBA由碳、氢、氧、氮四种元素组成
C．MBBA中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶2∶1
D．MBBA中含有一氧化氮分子
B [有机高分子化合物是由一类相对分子质量很大的分子聚合而成的物质，且无固定的化学式，A错误；MBBA物质由碳、氢、氧、氮四种元素组成，B正确；由MBBA的化学式可知，其分子中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶1∶1，C错误；MBBA是由C18H21NO分子构成的化合物，D错误。]
4．下列不能看作超分子的是( )
A．两个DNA分子链通过氢键结合在一起
B．细胞膜中的磷脂分子的双层膜结构
C．冠醚与金属离子的聚集体
D．所有以氢键结合在一起的分子
[答案] D
5．下列关于纳米技术的叙述不正确的是( )
A．将“纳米材料”均匀分散到液体分散剂中可制得液溶胶
B．用纳米级金属颗粒粉剂作催化剂可加快反应速率，提高反应物的平衡转化率
C．用纳米颗粒粉剂做成火箭的固体燃料将有更大的推动力
D．银器能抑菌、杀菌，纳米银微粒植入内衣织物中，有奇异的抑菌、杀菌效果
B [纳米材料的直径在1 nm～100 nm范围内，与胶粒直径范围相同，A正确；催化剂可加快化学反应的速率，但不能使化学平衡发生移动，B不正确；与块状固体相比，纳米颗粒直径小，表面积大，因而化学反应的速率快，所以短时间内可产生更大推动力，C正确；银为重金属，重金属离子可使蛋白质变性，故有杀菌作用，D正确。]
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