(共32张PPT)
第3节 液晶、纳米材料与超分子(基础课)
第3章 不同聚集状态的物质与性质
素养目标 1．知道物质除有三种基本的聚集状态外，还有液晶、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、超分子的学习，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。
旧知
回顾 1．晶体的特性：(1)自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。(2)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。
2．碳纳米管：碳纳米管的直径一般在几纳米(符号为nm，1 nm＝10-9 m)到几十纳米之间，碳纳米管具有尺寸小、机械强度高、导电性好等特点，在材料、催化、信息等诸多领域中具有重要的应用前景。
必备知识 自主预习
一、液晶
定义 在一定的温度范围内既具有液体的______性，在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面又表示出类似晶体的________的物质
结构特点 液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出__________，由此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质
可流动
各向异性
有序的排列
用途 液晶最重要的用途是制造__________，这种显示器在电子手表、计算器、数字仪表、计算机显示器、电视显示屏等器材中得到广泛应用
液晶显示器
想一想 液晶属于晶体吗？说明你的理由。
提示：不是。液晶是一种液态物质而不是固体，只是具有晶体的某些性质。
二、纳米材料
结构 纳米材料由直径为几或几十____的颗粒和颗粒间的界面两部分组成
性质 纳米颗粒内部具有____结构，原子排列有序，而界面为____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
纳米
晶状
无序
应用 由于纳米材料的颗粒很小和处于__________所占比例较高，使得纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、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
界面的原子
实例 (1)家族：______(C60等球碳)、石墨烯(单层石墨片)和________
(2)碳纳米管
①结构：____结构，由石墨片围绕______按照一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空“微管”
②特性：纤维长、强度高、韧性高
③性能：具有特殊的电学、热学、光学、____等性能
(3)纳米机器
用途：各种各样____尺度的微型机器，可用于消灭传染性微生物、逐个杀死癌细胞、清除血液中的血小板、修复受损细胞、吞噬有害物质、制造____大小的超级计算机等
富勒烯
碳纳米管
管状
中心轴
储氢
纳米
原子
三、超分子
1．概念
____或____分子相互“组合”在一起形成具有特定结构和功能的______，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。
2．结构
内部分子之间通过________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________等。
两个
多个
聚集体
非共价键
弱配位键
3．冠醚及其作用
能与阳离子(尤其是碱金属阳离子)作用，随环的大小不同而与不同的金属离子作用，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，成为有机反应中很好的催化剂。
4．分子梭的变化
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的亚氨基结合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。
5．应用
实现分子识别、分子组装，促进超分子化学研究的发展。
判一判 (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)纳米材料属于晶体。 ( )
(3)富勒烯、石墨棒、碳纳米管均属于纳米材料。 ( )
(4)物质只有气、液、固三种聚集状态。 ( )
×
×
×
×
关键能力 情境探究
[情境探究]
液晶和碳纳米管是常用的功能材料
液晶、纳米材料、超分子的比较
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殊功能？
提示：纳米材料的颗粒很小和处于界面的原子所占比例较高。
[归纳总结]
液晶 纳米材料 超分子
概念 在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又表现出类似晶体的各向异性的物质 三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺寸(1～100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料 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
液晶 纳米材料 超分子
特征 折射率、磁化率、电导率等均表现出各向异性，液晶显示的驱动电压低、功率小 粒子细化、界面原子比例较高，使纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面具有特性 超分子内部分子之间通过非共价键相结合，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
液晶 纳米材料 超分子
重要应用 制造液晶显示器，应用于电子手表、计算器、数字仪表等器材 用于化妆品、涂料、食品、化纤布料、隐形飞机等 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的分子材料，如功能材料等
[能力达成]
1．下列说法不正确的是( )
A．液晶具有类似晶体的各向异性和液体的可流动性
B．蛋白质的变性和纳米银离子的聚集都是化学变化
C．常压下，0 ℃时冰的密度比水的密度小，水在4 ℃时密度最大，这些都与分子间的氢键有关
D．冠醚和金属离子的聚集体可以看成是一类超分子
B [蛋白质的变性属于化学变化，纳米银离子的聚集属于物理变化，故B不正确。]
√
2．(双选)下列关于聚集状态的描述中，错误的是( )
A．物质只有气、液、固三种聚集状态
B．晶体与非晶体的本质区别：是否有规则的几何外形
C．液晶用于各种显示仪器上
D．超分子是由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
√
√
AB [A.物质的聚集状态除了气、液、固三态外，还有非晶体、液晶、纳米材料等聚集状态，故A错误；B.晶体与非晶体的本质区别在于其内部粒子在空间上是否按一定规律做周期性重复排列，而不是在于是否具有规则的几何外形，故B错误；C.液晶可用于制造显示仪器，故C正确；D.超分子能表现出不同于单个分子的性质，其原因是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，故D正确。]
3．某超分子的结构如图所示，下列有关超分子的描述不正确的是
( )
A．图示中的超分子是两个不同的分
子通过氢键形成的分子聚集体
B．超分子的特征是分子识别和分子
组装
C．超分子是指分子量特别大的分子
D．图示中的超分子中的N原子采取sp2、sp3杂化
√
C [图示中的超分子是两个不同的分子通过氢键形成的分子聚集体，A正确；超分子的特征是分子识别和分子组装，B正确；超分子不同于高分子，C错误；图示中的超分子中的N原子采取sp2、sp3杂化，故D正确。]
[教材链接]
[教材 拓展视野]
21世纪的新领域纳米技术正日益受到各国科学家的关注，请回答下列问题：
(1)纳米是________单位，1 nm等于________m。纳米科学与技术是研究结构尺寸在1～100 nm范围内材料的性质与应用。它与________分散质的粒子大小一样。
长度
10-9
胶体
(2)世界上最小的马达，只有千万分之一个蚊子那么大，如图所示，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该分子中含有的构成环的原子是________
元素的原子。
球棍模型
碳
[解析] 根据题给信息，分子马达可用于消除体内垃圾，应是含碳物质，再根据图中“ ”原子的结构特点，进一步确定构成环的原子是碳原子。
学习效果 随堂评估
1．(双选)在10-9 m～10-7 m范围内的纳米铜颗粒一遇到空气就会剧烈燃烧，甚至发生爆炸。下列说法不正确的是( )
A．纳米铜是一种新型化合物
B．纳米铜颗粒比普通铜具有更强的化学活性
C．纳米铜粒子大小范围为1 nm～100 nm
D．利用丁达尔效应可区别纳米铜和普通铜
2
4
3
题号
1
√
√
AD [纳米铜与普通铜所含铜原子种类相同，属于单质，A错误；纳米铜颗粒在空气中能剧烈燃烧，说明它比普通铜更容易被氧气氧化，有更强的化学活性，B正确；1 nm＝10-9 m，10-9 m～10-7 m范围即是1 nm～100 nm，C正确；纳米铜不是分散系，没有丁达尔效应，D错误。]
2
4
3
题号
1
2．关于纳米材料，下列说法正确的是( )
①纳米材料可大大提高材料的强度和硬度
②纳米材料可降低材料的磁性
③纳米材料能制作高贮存密度的量子磁盘
④纳米“机器人医生”能进入人体杀死癌细胞
⑤纳米是长度单位
A．①③④⑤ B．②③④
C．②③④⑤ D．①②③④
2
3
题号
1
4
√
A [纳米材料的性能包括提高材料的强度、硬度、改变颜色、增强磁性等。纳米技术能制造出纳米“机器人”，进入人体杀死癌细胞，制作的量子磁盘，能作高密度的磁记录。纳米是长度单位。]
2
3
题号
1
4
3．冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子。18-冠-6可与钾离子作用，如图是18-冠-6与钾离子以配位键结合形成的超分子结构示意图。下列说法错误的是( )
A．超分子具有分子识别和自组装的特征
B．该超分子中K＋的配位数为6
C．利用超分子的分子识别特征，还可以
分离C60、C70
D．冠醚与碱金属离子形成的配合物属于
“超分子”，其形成的晶体是分子晶体
2
3
题号
4
1
√
D [超分子是由两个或两个以上的分子“组合”在一起形成的具有特定结构和功能的聚集体，具有分子识别与自组装的特征，A正确；由题干图示信息可知，该超分子中K＋周围形成有6个配位键，故K＋的配位数为6，B正确；C60和C70混合物加入一种空腔大小适合C60的“杯酚”中可进行分离，这是利用超分子的分子识别特征，C正确；由题干信息可知冠醚是皇冠状的分子，则冠醚与碱金属离子形成配合物是一个配位阳离子，所得到的晶体里还有阴离子，该类配合物晶体是由阴、阳离子组成的，故属于是离子晶体，D错误。]
2
3
题号
4
1
4．请分别用液晶、纳米材料和超分子3种特殊聚集状态填空：
(1)________是两个或多个分子相互“组合”在一起形成的具有特定结构和功能的聚集体。
(2)________既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性。
(3)___________具有良好的物理、化学特性，完全不同于微米或毫米量级的材料。
2
4
3
题号
1
超分子
液晶
纳米材料第3节 液晶、纳米材料与超分子(基础课)
素养 目标 1．知道物质除有三种基本的聚集状态外，还有液晶、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、超分子的学习，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。
旧知 回顾 1．晶体的特性：(1)自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。(2)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。 2．碳纳米管：碳纳米管的直径一般在几纳米(符号为nm，1 nm＝10-9 m)到几十纳米之间，碳纳米管具有尺寸小、机械强度高、导电性好等特点，在材料、催化、信息等诸多领域中具有重要的应用前景。
一、液晶
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示出类似晶体的各向异性的物质
结构特点 液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，由此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质
用途 液晶最重要的用途是制造液晶显示器，这种显示器在电子手表、计算器、数字仪表、计算机显示器、电视显示屏等器材中得到广泛应用
液晶属于晶体吗？说明你的理由。
提示：不是。液晶是一种液态物质而不是固体，只是具有晶体的某些性质。
二、纳米材料
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
性质 纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序，而界面为无序结构，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
应用 由于纳米材料的颗粒很小和处于界面的原子所占比例较高，使得纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、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
实例 (1)家族：富勒烯(C60等球碳)、石墨烯(单层石墨片)和碳纳米管 (2)碳纳米管 ①结构：管状结构，由石墨片围绕中心轴按照一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空“微管” ②特性：纤维长、强度高、韧性高 ③性能：具有特殊的电学、热学、光学、储氢等性能 (3)纳米机器 用途：各种各样纳米尺度的微型机器，可用于消灭传染性微生物、逐个杀死癌细胞、清除血液中的血小板、修复受损细胞、吞噬有害物质、制造原子大小的超级计算机等
三、超分子
1．概念
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。
2．结构
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．冠醚及其作用
能与阳离子(尤其是碱金属阳离子)作用，随环的大小不同而与不同的金属离子作用，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，成为有机反应中很好的催化剂。
4．分子梭的变化
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的亚氨基结合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。
5．应用
实现分子识别、分子组装，促进超分子化学研究的发展。
(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)纳米材料属于晶体。 ( )
(3)富勒烯、石墨棒、碳纳米管均属于纳米材料。 ( )
(4)物质只有气、液、固三种聚集状态。 ( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)×
液晶、纳米材料、超分子的比较
液晶和碳纳米管是常用的功能材料
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殊功能？
提示：纳米材料的颗粒很小和处于界面的原子所占比例较高。
液晶 纳米材料 超分子
概念 在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又表现出类似晶体的各向异性的物质 三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺寸(1～100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料 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
特征 折射率、磁化率、电导率等均表现出各向异性，液晶显示的驱动电压低、功率小 粒子细化、界面原子比例较高，使纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面具有特性 超分子内部分子之间通过非共价键相结合，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
重要应用 制造液晶显示器，应用于电子手表、计算器、数字仪表等器材 用于化妆品、涂料、食品、化纤布料、隐形飞机等 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的分子材料，如功能材料等
1．下列说法不正确的是( )
A．液晶具有类似晶体的各向异性和液体的可流动性
B．蛋白质的变性和纳米银离子的聚集都是化学变化
C．常压下，0 ℃时冰的密度比水的密度小，水在4 ℃时密度最大，这些都与分子间的氢键有关
D．冠醚和金属离子的聚集体可以看成是一类超分子
B [蛋白质的变性属于化学变化，纳米银离子的聚集属于物理变化，故B不正确。]
2．(双选)下列关于聚集状态的描述中，错误的是( )
A．物质只有气、液、固三种聚集状态
B．晶体与非晶体的本质区别：是否有规则的几何外形
C．液晶用于各种显示仪器上
D．超分子是由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
AB [A.物质的聚集状态除了气、液、固三态外，还有非晶体、液晶、纳米材料等聚集状态，故A错误；B.晶体与非晶体的本质区别在于其内部粒子在空间上是否按一定规律做周期性重复排列，而不是在于是否具有规则的几何外形，故B错误；C.液晶可用于制造显示仪器，故C正确；D.超分子能表现出不同于单个分子的性质，其原因是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，故D正确。]
3．某超分子的结构如图所示，下列有关超分子的描述不正确的是( )
A．图示中的超分子是两个不同的分子通过氢键形成的分子聚集体
B．超分子的特征是分子识别和分子组装
C．超分子是指分子量特别大的分子
D．图示中的超分子中的N原子采取sp2、sp3杂化
C [图示中的超分子是两个不同的分子通过氢键形成的分子聚集体，A正确；超分子的特征是分子识别和分子组装，B正确；超分子不同于高分子，C错误；图示中的超分子中的N原子采取sp2、sp3杂化，故D正确。]
[教材 拓展视野]
21世纪的新领域纳米技术正日益受到各国科学家的关注，请回答下列问题：
(1)纳米是________单位，1 nm等于________m。纳米科学与技术是研究结构尺寸在1～100 nm范围内材料的性质与应用。它与________分散质的粒子大小一样。
(2)世界上最小的马达，只有千万分之一个蚊子那么大，如图所示，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该分子中含有的构成环的原子是________元素的原子。
[解析] 根据题给信息，分子马达可用于消除体内垃圾，应是含碳物质，再根据图中“”原子的结构特点，进一步确定构成环的原子是碳原子。
[答案] (1)长度 10-9 胶体 (2)①球棍模型 ②碳
1．(双选)在10-9 m～10-7 m范围内的纳米铜颗粒一遇到空气就会剧烈燃烧，甚至发生爆炸。下列说法不正确的是( )
A．纳米铜是一种新型化合物
B．纳米铜颗粒比普通铜具有更强的化学活性
C．纳米铜粒子大小范围为1 nm～100 nm
D．利用丁达尔效应可区别纳米铜和普通铜
AD [纳米铜与普通铜所含铜原子种类相同，属于单质，A错误；纳米铜颗粒在空气中能剧烈燃烧，说明它比普通铜更容易被氧气氧化，有更强的化学活性，B正确；1 nm＝10-9 m，10-9 m～10-7 m范围即是1 nm～100 nm，C正确；纳米铜不是分散系，没有丁达尔效应，D错误。]
2．关于纳米材料，下列说法正确的是( )
①纳米材料可大大提高材料的强度和硬度
②纳米材料可降低材料的磁性
③纳米材料能制作高贮存密度的量子磁盘
④纳米“机器人医生”能进入人体杀死癌细胞
⑤纳米是长度单位
A．①③④⑤ B．②③④
C．②③④⑤ D．①②③④
A [纳米材料的性能包括提高材料的强度、硬度、改变颜色、增强磁性等。纳米技术能制造出纳米“机器人”，进入人体杀死癌细胞，制作的量子磁盘，能作高密度的磁记录。纳米是长度单位。]
3．冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子。18-冠-6可与钾离子作用，如图是18-冠-6与钾离子以配位键结合形成的超分子结构示意图。下列说法错误的是( )
A．超分子具有分子识别和自组装的特征
B．该超分子中K＋的配位数为6
C．利用超分子的分子识别特征，还可以分离C60、C70
D．冠醚与碱金属离子形成的配合物属于“超分子”，其形成的晶体是分子晶体
D [超分子是由两个或两个以上的分子“组合”在一起形成的具有特定结构和功能的聚集体，具有分子识别与自组装的特征，A正确；由题干图示信息可知，该超分子中K＋周围形成有6个配位键，故K＋的配位数为6，B正确；C60和C70混合物加入一种空腔大小适合C60的“杯酚”中可进行分离，这是利用超分子的分子识别特征，C正确；由题干信息可知冠醚是皇冠状的分子，则冠醚与碱金属离子形成配合物是一个配位阳离子，所得到的晶体里还有阴离子，该类配合物晶体是由阴、阳离子组成的，故属于是离子晶体，D错误。]
4．请分别用液晶、纳米材料和超分子3种特殊聚集状态填空：
(1)________是两个或多个分子相互“组合”在一起形成的具有特定结构和功能的聚集体。
(2)________既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性。
(3)________具有良好的物理、化学特性，完全不同于微米或毫米量级的材料。
[答案] (1)超分子 (2)液晶 (3)纳米材料
课时分层作业(二十一) 液晶、纳米材料与超分子
(选择题只有一个选项符合题目要求)
1．下列叙述正确的是( )
A．氯化钠粉末为非晶体
B．液体与晶体混合物叫液晶
C．纳米颗粒内部和界面都具有晶体结构
D．晶体具有固定的熔、沸点，而非晶体一般没有固定熔、沸点
D [氯化钠粉末由无数晶体颗粒组成，属于晶体；液晶是一种单独的物质聚集状态，不是液体与晶体的混合物；纳米材料的界面原子排列无序。]
2．通过对超分子化学的研究，人们可以( )
①模拟生物系统 ②在分子水平上进行分子设计 ③组装高效专业的新型催化剂 ④组装有效的新型药物 ⑤组装集成度高、体积小的分子器件
A．①②③ B．③④⑤
C．②③④ D．①②③④⑤
D [通过对超分子化学的研究，人们可以模拟生物系统，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的分子材料，如具有分子识别能力的高效专业的新型催化剂，有效的新型药物，集成度高、体积小、功能强的分子器件，生物传感器以及很多具有光、电、磁、声、热等特性的功能材料等，D项符合题意。]
3．石墨烯是从石墨中剥离出来的，其结构如图所示。单层的石墨烯其厚度只有一个碳原子厚，被证实是世界上已经发现的最薄、最坚硬的物质，可制成电阻率最小的纳米材料。下列关于石墨烯的说法正确的是( )
A．石墨烯与金刚石互为同位素
B．从石墨中剥离得石墨烯需克服范德华力
C．石墨烯是高分子化合物
D．制成的纳米材料微粒直径在1～100 nm，因此石墨烯纳米材料属于胶体
B [石墨烯与金刚石互为同素异形体，A错误；石墨属于混合型晶体，石墨中网状的平面结相之间以范德华力结合形成层状结构，所以从石墨剥离得石墨烯需克服范德华力，B正确；由题意可知，石墨烯属于单质，C错误；石墨烯是单质，胶体是混合物，D错误。]
4．分子机器是一种特殊的超分子体系，当体系受到外在刺激(如pH变化、吸收光子、电子得失等)时，分子组分间原有作用被破坏，各组分间发生类似于机械运动的某种热运动。下列说法不正确的是( )
A．驱动分子机器时，需要对体系输入一定的能量
B．分子状态的改变会伴随能量变化，属于化学变化
C．氧化还原反应有可能是刺激分子机器体系的因素之一
D．光照有可能使分子产生类似于机械运动的某种热运动
B [分子状态的改变没有发生化学变化，故B项错误。]
5．冠醚是由多个二元醇分子之间失水形成的环状化合物。X、Y、Z是常见的三种冠醚，其结构如图所示。它们能与碱金属离子作用，并且随着环的大小不同而与不同金属离子作用。
(1)Li＋与X的空腔大小相近，恰好能进入到X的环内，且Li＋与氧原子的一个孤电子对作用形成稳定结构W(如图)。基态锂离子核外能量最高的电子所处电子层符号为__________。
(2)冠醚Y能与K＋形成稳定结构，但不能与Li＋形成稳定结构。理由是 _____________________________________________________________________。
(3)烯烃难溶于水，被KMnO4水溶液氧化的效果较差。若烯烃中溶入冠醚Z，氧化效果明显提升。水分子中中心氧原子的杂化轨道的空间结构是_____________________________________________________________________，
H—O键键角__________(填“>”“<”或“＝”)109°28′。
[解析] (1)基态锂离子核外只有2个电子，在1 s能级上，电子层符号为K。
(2)冠醚Y能与K＋形成稳定结构，而Li＋半径小于K＋，也比Y的空腔小得多，不易与氧原子的孤电子对作用形成配位键，从而形成稳定结构。
(3)水分子中氧原子的价电子对数为4，采用sp3杂化，含有2对孤电子对，则中心O原子的杂化轨道的空间结构为四面体形。O原子含有2对孤电子对，由于孤电子对之间的排斥力大于成键电子对与孤电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，水分子中H—O键键角小于正四面体形的键角109°28′。
[答案] (1)K (2)Li＋的离子半径比Y的空腔小得多，不易与空腔内氧原子的孤电子对作用形成配位键 (3)四面体形 <
(选择题有一个或两个选项符合题目要求)
6．水的状态除了气态、液态和固态外，还有玻璃态，它是由液态水急速冷却到165 K时形成的，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是( )
A．水由液态变为玻璃态，体积缩小
B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀
C．玻璃态是水的一种特殊状态
D．玻璃态水是分子晶体
C [玻璃态水的密度与普通液态水的密度相同，水由液态变为玻璃态，质量不变，所以体积不变，故A、B错误；由“水的状态除了气态、液态和固态外，还有玻璃态”可知，玻璃态是水的一种特殊状态，故C正确；玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，不是分子晶体，故D错误。]
7．科学家预言超级原子的发现将会重建周期表，Al的超原子结构有Al13和Al14，Al13、Al14的性质很像现行周期表中的某主族元素，已知这类超原子当具有40个价电子时最稳定。设NA为阿伏德罗常数的值，则下列说法正确的是( )
A．Al13、Al14互为同位素
B．All4与ⅡA族元素性质相似
C．Al13和Al14都具有强还原性，容易失去电子生成阳离子
D．Al13中Al的原子间是通过离子键结合的
B [同位素的分析对象为质子数相同而中子数不同的原子，而两个超原子中铝原子的质子数、中子数均相同，故A错误；All4的价电子数为3×14＝42，当具有40个价电子时最稳定，则易失去2个电子，则与ⅡA族元素性质相似，故B正确；Al13的价电子数为3×13＝39，易得电子，形成阴离子，而All4的价电子数为3×14＝42，易失去电子，形成阳离子，故C错误；Al13 中Al不能形成阴、阳离子，故D错误。]
8．利用超分子可分离C60和C70，将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是( )
A．一个C60中含有60个σ键
B．“杯酚”与C60形成氢键
C．C60晶胞密度为g·cm-3
D．分离过程利用的是超分子的分子识别特征
AB [A.C60中每个C与相邻的3个C形成3个σ键，每个C—C键被2个 C均摊，所以一个C60中含有60×3×＝90个σ键，故A错误； B.C和H之间、C和O之间均不能形成氢键，所以“杯酚”与C60不能形成氢键，故B错误；C.晶胞中C60的分子数目＝8×＋6×＝4，晶胞质量为4×60×g，则晶胞的密度为g·cm-3＝g·cm-3，故C正确；D.“杯酚”的空腔大小只适配C60，该分离过程利用的是超分子的分子识别特征，故D正确。]
9．超分子化学不仅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Mo将2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示。
(1)Mo处于第5周期ⅥB族，基态M原子的核外电子排布与基态Cr原子相似，其基态原子的价电子排布式是________；核外未成对电子数是________。
(2)该超分子中存在的化学键类型有____________(填字母)。
A．σ键 B．π键
C．离子键 D．氢键
(3)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是______(填元素符号)，p-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CF3COOH的酸性强于CH3COOH的原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(5)C60与金刚石互为同素异形体，从结构与性质之间的关系解释C60的熔点远低于金刚石的原因是_____________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析] (1)基态Cr原子的价电子排布式为3d54s1，而Mo与Cr同族，但比Cr多了一周期，因而基态Mo原子价电子排布式为4d55s1，核外未成对的电子数为6个。
(2)观察该超分子结构有双键，说明有σ键和π键，分子中不存在离子键，根据信息Mo形成配位键，因而答案选AB。
(3)CO作配体时是C提供孤电子对，Mo提供空轨道，p-甲酸丁酯吡啶中碳原子形成双键，说明其杂化方式为sp2，在丁基中C原子形成四个单键为sp3杂化。
(4)F的电负性强于H，对电子的吸引能力强，使共用电子对偏向F，使氧氢键较易断裂，因此CF3COOH酸性强于CH3COOH。
(5)根据不同晶体类型的性质不同来解释：C60晶体是分子晶体，金刚石是共价晶体，共价晶体熔化时破坏的共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏的分子间作用力。
[答案] (1)4d55s1 6 (2)AB (3)C sp2和sp3 (4)F的电负性强于H，对电子的吸引能力强，使共用电子偏向F，使氧氢键较易断裂，因此酸性强于CH3COOH (5)C60晶体是分子晶体，金刚石是共价晶体，共价晶体熔化时破坏的共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏的分子间作用力
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