第3章第3节液晶、纳米材料与超分子同步练习（含答案）2022-2023学年下学期高二化学鲁科版（2019）选择性必修2

第3章第3节液晶、纳米材料与超分子同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列叙述正确的是
A．食盐粉末为非晶体
B．液体与晶体混合物叫液晶
C．最大维度处于纳米尺度的材料叫纳米材料
D．等离子体的外观为气态
2．下列关于特殊聚集状态的应用的描述中，错误的是
A．运用等离子束切割金属
B．晶体合金的硬度和强度均比非晶体合金的硬度和强度高
C．液晶用于各种显示仪器上
D．化妆品中加入纳米颗粒可使其具备防紫外线的功能
3．下列有关等离子体的叙述，不正确的是
A．等离子体是物质的另一种聚集状态 B．等离子体是很好的导体
C．水可能形成等离子体状态 D．等离子体中的微粒不带电荷
4．下列说法不正确的是
A．晶体具有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定的熔、沸点
B．晶体与非晶体具有相同的性质
C．部分电子表、电脑的显示器是由液晶材料制成的
D．等离子体是一种很好的导电体，在信息产业等领域有非常好的应用前景
5．液晶广泛应用于电子仪表产品等，是一种研究较多的液晶材料，其化学式为，下列有关说法正确的是
A．属于有机高分子化合物
B．由碳、氢、氧、氮四种元素组成
C．中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18：21：2：1
D．中含有一氧化氮分子
6．我国科学家成功合成了长的管状定向碳纳米管。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的)、熔点高、化学性质稳定的特点，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是
A．它是制造飞机的理想材料 B．它的主要组成元素是碳
C．它的抗腐蚀能力强 D．碳纤维复合材料为高分子化合物
7．下列关于物质特殊聚集状态的叙述中，错误的是
A．离子液体的基本构成微粒是阴、阳离子
B．超分子内部分子之间可以通过非共价键结合
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，两部分的排列都是有序的
8．下列说法不正确的是
A．储热材料是一类重要的能量存储物质，单位质量的储热材料在发生熔融或结晶时会吸收或释放较大的热量
B．Ge(32号元素)的单晶可以作为光电转换材料用于太阳能电池
C．液晶态介于晶体状态和液态之间，液晶具有一定程度的晶体的有序性和液体的流动性
D．纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的Pb2+、Cu2+、Hg2+等重金属离子，其本质是纳米铁粉对重金属离子有较强的物理吸附
9．等离子体的用途十分广泛运用等离子体束来切割金属或者进行外科手术，利用了等离子体的特点是
A．微粒带有电荷 B．高能量
C．基本构成微粒多样化 D．准电中性
10．我国科学家已成功合成了一种碳纤维（3nm长的管状纳米管），这种碳纤维具有强度高、刚度（抵抗变形的能力）高、密度小（只有钢的）、熔点高、化学性质稳定的特点，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是（ ）
A．它是制造飞机的理想材料
B．它的主要组成元素是碳
C．它的抗腐蚀能力强
D．碳纤维复合材料不易导电
11．国防科大航天科学与工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室成功研制出一种具有超强吸附能力的新型超轻纳米材料(基本微粒直径为1～100nm)。这种材料结构上由一维氮化硼纳米管和二维氮化硼纳米晶片复合而成，整个材料内部充满气孔。这种材料耐高温，且用它吸附完有机物后，可以通过点燃的方式实现重复使用。下列关于该材料的说法错误的是(　　)
A．将该材料分散到液体分散剂中，所得混合物具有丁达尔效应
B．该材料的基本微粒不能透过滤纸
C．该材料在2000℃的高温下，还可以保持结构完整，可正常使用
D．该材料在航空航天高温热防护、有毒化学物质吸附和清除等领域有重要的应用前景
12．在10﹣9m～l0﹣7m范围内，对原子、分子进行操纵的纳米超分子技术往往能实现意想不到的变化。纳米铜颗粒一遇到空气就会剧烈燃烧，甚至发生爆炸,下列说法正确的是（　　）
A．纳米铜是一种新型胶体
B．纳米铜颗粒比普通铜更易与氧气发生反应
C．纳米铜与普通铜所含铜原子的种类不同
D．纳米铜无需密封保存
13．纳米材料是指颗粒直径在1～100nm范围内的材料。纳米技术所带动的技术革命及其对人类的影响，远远超过电子技术。下列关于纳米技术的叙述正确的是
A．纳米材料有丁达尔效应
B．用纳米级金属颗粒粉剂作催化剂可加快反应速率，提高反应物的转化率
C．将单质铜制成“纳米铜”时，具有非常强的化学活性，在空气中可以燃烧，说明“纳米铜”比铜片更易失电子
D．银器能抑菌、杀菌，纳米银粒子填入内衣织物中，有奇异的抑菌、杀菌效果
14．中美学者携手发现了全硼富勒烯团簇—B40。B40团簇的结构，酷似中国的红灯笼(如图)。该材料可用于组装分子器件，在储氢储锂、半导体、超导、绿色催化等领域具有重要应用前景。下列有关说法正确的是（ ）
A．B40与石墨烯的结构相同，二者互为同素异形体
B．43.2g该物质含有2.408×1024个原子
C．B40中既含有极性键又含有非极性键
D．全硼富勒烯团簇是一种新型的高分子材料
15．澳大利亚科学家发现了纯碳新材料“碳纳米泡沫”，每个泡沫含有约4 000个碳原子，直径约6到9 nm，在低于－183 ℃时，泡沫具有永久磁性，下列叙述正确的是(　　)
A．“碳纳米泡沫”是一种新型的碳化合物
B．把“碳纳米泡沫”分散到适当的溶剂中，不可能产生丁达尔现象
C．“碳纳米泡沫”和金刚石的性质完全相同
D．“碳纳米泡沫”与石墨互为同素异形体
二、填空题
16．21世纪的新领域纳米技术正日益受到各国科学家的关注，2000年时任美国总统的克林顿宣布了国家纳米倡议，并于2001年财政年度增加科技支出26亿美元，其中5亿给纳米技术。请根据下图回答下列问题：
(1)纳米是_______单位，1纳米等于_______米。纳米科学与技术是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质与应用。它与_______分散系的粒子大小一样。
(2)世界上最小的马达，只有千万分之一个蚊子那么大，如上图，这种分子马达将来可用于消除体内垃圾。
①该图是马达分子的_______。
②该分子中含有的组成环的原子是_______元素的原子，分子中共有_______个该原子。
17．超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支，还扩展到生命科学和物理学等领域。由将2个分子、2个甲酸丁酯吡啶分子及2个分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示。
(1)位于第5周期ⅥB族，基态原子核外电子排布与相似，则基态原子的价电子排布式为______；核外未成对电子数为______。
(2)该超分子中存在的化学键类型有______(填字母)。
A．键B．π键C．离子键D．氢键
(3)配体中提供孤电子对的原子是______(填元素符号)；甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有______。
(4)从电负性角度解释的酸性强于的______。
(5)与金刚石互为同素异形体，从结构与性质的关系角度解释的熔点远低于金刚石的原因______。
三、结构与性质
18．纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料、氢气等已应用到社会生活和高科技领域。
（1）A和B的单质单位质量的燃烧热大，可用作燃料。已知A和B为同主族短周期元素，其原子的第一至第四电离能如下表所示：
电离能(kJ/mol) I1 I2 I3 I4
A 932 1821 15390 21771
B 738 1451 7733 10540
①某同学根据上述信息，推断B的核外电子排布如图所示，该同学所画的电子排布图违背了_________________________。
②根据价层电子对互斥理论，预测A和氯元素形成的简单分子空间构型为_______。
（2）氢气作为一种清洁能源，必须解决它的储存问题，C60分子可用作储氢材料。
③已知金刚石中的C－C的键长为154.45pm，C60中C－C键长为145~140pm，有同学据此认为C60的熔点高于金刚石，你认为是否正确_________并阐述理由_____________________。
④科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物，其晶胞如图所示，该物质在低温时是一种超导体。该物质的K原子和C60分子的个数比为________________。
⑤继C60后，科学家又合成了Si60、N60 ； C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是_______。Si60分子中每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键，且每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构，则Si60分子中π键的数目为_______________。
19．非线性光学晶体在信息、激光技术、医疗、国防等领域具有重要应用价值。我国科学家利用Cs2CO3、XO2(X=Si、Ge)和H3BO3首次合成了组成为CsXB3O7的非线性光学晶体。回答下列问题：
（1）C、O、Si三种元素电负性由大到小的顺序为__；第一电离能I1(Si)__I1(Ge)(填>或<)。
（2）基态Ge原子核外电子排布式为__；SiO2、GeO2具有类似的晶体结构，其中熔点较高的是__。
（3）如图为H3BO3晶体的片层结构，其中B的杂化方式为__；硼酸在热水中比在冷水中溶解度显著增大的主要原因是__。
（4）以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。CsSiB3O7属正交晶系(长方体形)，晶胞参数为apm、bpm和cpm。如图为沿y轴投影的晶胞中所有Cs原子的分布图和原子分数坐标。据此推断该晶胞中Cs原子的数目为__；CsSiB3O7的摩尔质量为Mg．mol-1，设NA为阿伏加 德罗常数的值，则CsSiB3O7晶体的密度为__g·cm-3(用代数式表示)。
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参考答案：
1．D
【详解】A．实验粉末仍是由无数晶体颗粒构成，A错误；
B．液晶是指外观为液态但具有晶体性质的物质，B错误；
C．纳米材料指三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度、具有特定功能的材料，C错误；
D．等离子体是物质在气态的基础上进一步形成的气态微粒聚集体，D正确。
故选D。
2．B
【详解】A．运用等离子束切割金属，是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属部分或局部熔化，故A正确；
B．某些非晶体合金的硬度和强度比晶体合金的硬度和强度高，故B错误；
C．液晶用于各种显示仪器上，液晶具有显著的电光特性，故C正确；
D．纳米颗粒具有极强的紫外线屏蔽能力，化妆品中加入纳米颗粒可使其具备防紫外线的功能，故D正确；
故选B。
3．D
【详解】A．等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成， 是物质的另一种聚集状态，故A正确；
B．等离子体具有良好的导电性，是很好的导体，故B正确；
C．通过强热、电磁辐射等方式也能由水形成等离子体，故C正确；
D. 等离子体中的微粒带有电荷，而且能自由移动，所以等离子体具有良好的导电性，故D错误；
答案选D。
4．B
【详解】A．晶体有固定的熔点，自范性、各向异性，非晶体无固定的熔点，故A正确；
B．晶体与非晶体内部结构不同，故表现的性质不同，故B错误；
C．部分电子表、电脑的显示器是由液晶材料制成的，需要的驱动电压很低，故C正确；
D．等离子体是一种很好的导电体，在信息产业等领域有非常好的应用前景，等离子体技术在新能源行业、聚合物薄膜、材料防腐蚀等方面前景可观，故D正确；
故选B。
5．B
【分析】根据分子由原子构成，分子是保持物质性质的最小微粒，是组成该物质的微粒，也是纯净物进行判断。
【详解】A．有机高分子化合物的相对分子质量一般为，不正确；
B．由碳、氢、氧、氮四种元素组成，正确；
C．由的化学式可知，碳、氢、氧、氮的原子个数比为18：21：1：1，不正确；
D．是由分子构成的化合物，不含一氧化氮分子，不正确。
故选答案B。
【点睛】一般由具体化学式的物质，所以应该是纯净物，根据化学式可以判断所含元素，及原子个数比。
6．D
【详解】纳米材料有其独特的功能，一般飞机是用铝合金、钢铁等制造的，由于碳纤维的强度高、刚度高、密度小，它也可以是制造飞机的理想材料；碳纤维复合材料的主要组成元素是碳，性质稳定，抗腐蚀能力强，综上所述，D项正确，故选D。
7．D
【详解】A．离子液体一般由有机阳离子和无机阴离子构成，A项正确；
B．超分子内部分子之间可以通过非共价键结合，如氢键、静电作用等，B项正确；
C．液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，使液晶在折射率、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，C项正确；
D．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，D项错误；
故选D。
8．D
【详解】A．储热材料是一类重要的能量存储物质，根据能量守恒知，这些物质在熔融时需要吸收热量、在结晶时能够放出热量，A正确；
B．32号元素位于金属和非金属交界线处，具有金属和非金属的性质，可以作半导体材料，所以（32号元素）的单晶可以作为光电转换材料用于太阳能电池，B正确；
C．液晶态是指介于晶体和液体之间的物质状态，像液体具有流动性，像固体具有晶体的有序性，C正确；
D．和、、发生置换反应生成金属单质从而达到治理污染的目的，与吸附性无关，D不正确；
故选D。
9．B
【详解】切割金属或者进行外科手术，是利用了等离子体高能量的特点，
故选：B。
10．D
【详解】A．这种碳纤维的强度高、刚度高、密度小、熔点高、化学稳定性好，是制造飞机的理想材料，说法正确，故A不选；
B．它的主要组成元素是碳，说法正确，故B不选；
C．这种碳纤维的化学性质稳定，抗腐蚀能力强，说法正确，故C不选；
D．碳纤维复合材料其主要元素是碳，但由于合成的是纳米级材料，碳原子最外层有4个电子，也可以类似于石墨结构，存在着自由电子，易导电，说法错误，故D选；
故选D。
11．B
【详解】A. 因为新型超轻纳米材料的基本微粒直径为1～100nm，将该材料分散到液体分散剂中形成胶体，所得混合物具有丁达尔效应，故A正确；
B. 因为新型超轻纳米材料的基本微粒直径为1～100nm，该材料的基本微粒能透过滤纸,故B错误；
C. 因为这种材料耐高温，且用它吸附完有机物后，可以通过点燃的方式实现重复使用，该材料在2000℃的高温下，还可以保持结构完整，可正常使用，故C正确；
D. 因为整个材料内部充满气孔，且这种材料耐高温，且用它吸附完有机物后，可以通过点燃的方式实现重复使用，所以该材料在航空航天高温热防护、有毒化学物质吸附和清除等领域有重要的应用前景，故D正确；
答案：B。
12．B
【详解】A. 纳米铜根据其微粒半径属于胶体，但不是新型胶体，故A错误；
B. 普通铜加热才能与氧气反应，而纳米铜遇到空气就会剧烈燃烧，更易发生氧化反应，故B正确；
C. 纳米铜和普通铜都由铜元素组成，所以铜原子种类相同，故C错误；
D. 纳米铜很易与氧气反应，应密封保存，故D错误；
故选B。
【点睛】胶体的本质是分散质粒子的直径大小，和分散质粒子的组成及状态、性质等无关。
13．D
【详解】A.纳米材料若没有形成分散系，也不会具有丁达尔效应，A错误；
B.用纳米级金属颗粒粉剂作催化剂，由于表面积增大，所以可加快反应速率，但不能使化学平衡发生移动，因此不能提高反应物的转化率，B错误；
C.将单质铜制成“纳米铜”时，由于接触面积增大，所以具有非常强的化学活性，在空气中可以燃烧，但这不能说明“纳米铜”比铜片更易失电子，金属种类不变，则同种金属活动性不变，C错误；
D.银离子是重金属离子，能使蛋白质发生变性，因此有奇异的抑菌、杀菌效果，D正确；
故合理选项是D。
14．B
【详解】A选项，B40与石墨烯是由不同元素组成的单质，不互为同素异形体，故A错误；
B选项，43.2gB40的物质的量为0.1mol，1molB40含有40molB原子，故0.1molB40含有4mol B原子，即2.408×1024个原子，故B正确；
C选项，不同非金属元素之间形成极性共价键，故B40中不含极性键，只含有非极性键，故C错误；
D选项，全硼富勒烯是一种单质，不是高分子化合物，故D错误。
综上所述，答案为B。
【点睛】同种元素组成的不同单质互为同素异形体。
15．D
【详解】A、“碳纳米泡沫”只含有一种元素，属于碳单质，故A错误；
B、“碳纳米泡沫”每个泡沫含有约4000个碳原子，直径约6到9nm，分散到适当的溶剂中形成胶体，能产生丁达尔现象，故B错误；
C、“碳纳米泡沫”在低于-183℃时，泡沫具有永久磁性，金刚石没有磁性，二者性质不同，故C错误；
D、“碳纳米泡沫”只含有一种元素，属于碳单质，与石墨互为同素异形体，故D正确；
故选D。
16． 长度 10-9 胶体 球棍模型 碳 30
【详解】(1)纳米是长度单位，1纳米等于10-9米。纳米科学与技术是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质与应用，它与胶体分散系的粒子大小一样；
(2)①该图是马达分子的球棍模型；
②根据图示中各原子的成键特点该分子中含有的组成环的原子是碳元素的原子，分子中共有30个该原子。
17． 6 AB C 和 F的电负性强于H，对成键电子的吸引能力强于H，使共用电子对偏向F，氧氢键较易断裂 是分子晶体，金刚石是共价晶体，共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所需的能量
【详解】(1)基态原子的价电子排布式为，而与同族，但周期数比的大1，因而基态原子的价电子排布式为，核外未成对电子数为6。
故答案为：4d55s1；6。
(2)该超分子的结构中有双键，说明该超分子中有键和π键，分子中不存在离子键，根据题给信息可知分子中有配位键，因而选AB。
故答案为：AB。
(3)做配体时C做配位原子，因为O提供孤电子对给C，C变成富电子中心，有提供电子对形成配位键的能力；甲酸丁酯吡啶中酯基中C原子的杂化方式为，在丁基中C原子形成四个单键，其杂化方式为。
故答案为：C；sp2和sp3。
(4)F的电负性强于H，对成键电子的吸引能力强于H，使共用电子对偏向F，氧氢键较易断裂，因此的酸性强于。
故答案为：F的电负性强于H，对成键电子的吸引能力强于H，使共用电子对偏向F，氧氢键较易断裂。
(5)根据晶体类型不同，性质不同来解释：是分子晶体，金刚石是共价晶体，共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所需的能量。
故答案为：C60是分子晶体，金刚石是共价晶体，共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所需的能量
18． 能量最低原理 直线形 错误 C60属于分子晶体熔化时破坏分子间作用力，金刚石属于原子晶体熔化时破坏共价键，破坏共价键所需要的能量更高 3:1 N>C>Si 30
【详解】试题分析：（1）①从图上看，3p轨道上的1个电子应排布在3s轨道上，而且自旋方向相反，这违背了能量最低原理。②从A的第一至第四电离能看，A的第三电离能发生突变，因此A最外层有2个电子，根据ABn型分子价电子对的计算方法，分子中有（2+2）÷2=2个电子对，因此为直线型，中心原子杂化方式为sp杂化。（2）①结构决定性质，对于物质熔、沸点的分析应从物质的晶体类型来分析。C60属于分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，无需破坏共价键，而分子间作用力较弱，所需能量较低，故C60熔点低于金刚石。②基态钾原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p64s1，价电子为4s1。晶胞中的K原子在面上，对晶胞的贡献为1/2 ，每个晶胞中含有K原子的个数为 12×1/2=6个；C60在晶胞的顶点和中心，因此每个晶胞中C60的分子数是1+8×1/8=2个，因此K原子和C60分子的个数比为6:2=3:1。③同一周期元素电负性自左向右呈增大趋势；同一主族元素电负性自上向下逐渐减小，因此电负性由大到小的顺序为N>C>Si。根据题意可知每个Si原子形成4个共价键，其中3个σ键，1个π键，每个化学键为两个原子形成，则π键为化学键总数的1/4，60个原子可形成化学键总数为 (60×4)÷2=120个，因此π键数为120÷4=30个。
考点：考查原子核外电子排布、化学键的类型及判断、物质熔沸点比较、分子的空间构型、原子电负性比较的知识。
19． O>C>Si > 1s22s22p63s23p63d104s24p2(或[Ar]3d104s24p2) SiO2 sp2 热水破坏了硼酸晶体中的氢键，并且硼酸分子与水形成分子间氢键，使溶解度增大 4 ×1030
【分析】⑴电负性的变化规律为同周期从左向右逐渐增大，同主族由上至下逐渐减小，第一电离能的变化规律为同族元素由上至下逐渐减小；
⑵SiO2、GeO2为同类型晶体结构，即为原子晶体，Ge原子半径大于Si，Si－O键长小于Ge－O键长，SiO2键能更大，熔点更高；
⑶B原子最外层有3个电子，与3个－OH形成3个共价键，即可得杂化方式，热水破坏了硼酸晶体中的氢键，并且硼酸分子与水形成分子间氢键，使溶解度增大；
⑷先分析得出Cs的个数，再根据公式计算密度。
【详解】⑴电负性的变化规律为同周期从左向右逐渐增大，同主族由上至下逐渐减小，所以电负性O>C>Si，故答案为：O>C>Si；第一电离能的变化规律为同族元素由上至下逐渐减小，因此I1(Si)>I1(Ge)，故答案为：>；
⑵Ge原子位于第四周期IVA族，因此原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2（或[Ar]3d104s24p2），故答案为：1s22s22p63s23p63d104s24p2（或[Ar]3d104s24p2）；SiO2、GeO2均为原子晶体，Ge原子半径大于Si，Si－O键长小于Ge－O键长，SiO2键能更大，熔点更高，故答案为：SiO2；
⑶B原子最外层有3个电子，与3个－OH形成3个共价键，因此为sp2杂化，故答案为：sp2；热水破坏了硼酸晶体中的氢键，并且硼酸分子与水形成分子间氢键，使溶解度增大，故答案为：热水破坏了硼酸晶体中的氢键，并且硼酸分子与水形成分子间氢键，使溶解度增大；
⑷原子分数坐标为（0.5，0.2，0.5）的Cs原子位于晶胞体内，原子分数坐标为（0，0.3，0.5）及（1.0，0.3，0.5）的Cs原子位于晶胞的yz面上，原子分数坐标为（0.5，0.8，1.0）及（0.5，0.8，0）的Cs原子位于晶胞xy面上，原子分数坐标为（0，0.7，1.0）及（1.0，0.7，1.0）（0，0.7，0）及（1.0，0.7，0）的Cs原子位于晶胞平行于y轴的棱上，利用均摊法可计算该晶胞中共含Cs原子4个；带入晶胞密度求算公式可得：
ρ=g·cm-3，故答案为：4；×1030。
【点睛】本题考查了物质结构、基本概念，解题关键：利用均摊法进行有关计算，难点(4)根据Cs原子位于晶胞体内的坐标系，利用均摊法可计算该晶胞中共含Cs原子4个，再去计算密度。
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