第3节 液晶、纳米材料与超分子
学习目标 1.了解液晶、纳米材料与超分子的结构特征及特殊性质。2.了解上述聚集状态物质的实际用途和作用。
液晶、纳米材料与超分子
1.液晶
(1)概念
在一定的温度范围内既具有液体的 ,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 的物质,被称为液态晶体,简称液晶。
(2)结构特点
液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出 的排列。
(3)性质
分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质。
(4)用途
液晶最重要的用途是制造液晶 ,液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关。在没有外加电场时,液晶分子呈逐层扭转的 排列,在施加电压时,分子变成沿电场方向排列,移去电场之后,又恢复到原来的状态。
2.纳米材料
(1)组成和性质
纳米材料由直径为几或几十纳米的 和 两部分组成。纳米颗粒内部具有 结构,而界面则为 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。
(2)应用
正是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 学、 学、 学、 学、 学、 学、 等方面完全不同于由 量级或 量级的结构颗粒构成的材料。
(3)实例
(C60等球碳)、石墨烯(单层石墨片)和 是纳米材料中的“明星”,因其独特性能而具有广阔的应用前景。
3.超分子
(1)概念
若两个或多个分子相互“组合”在一起形成具有特定 和 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 的分子,称为超分子。
(2)结构特点
超分子内部分子之间通过 相结合,包括 、 、 以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。
(3)冠醚及其应用
冠醚能与阳离子(尤其是碱金属阳离子)作用,并且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带入有机溶剂,因而成为有机反应中很好的催化剂,冠醚与金属离子的聚集体可以看成是一类 。
1.下列有关液晶的叙述中不正确的是 ( )
A.具有液体的流动性、晶体的各向异性
B.可用于制造液晶显示器
C.不是物质的一种聚集状态
D.液晶分子聚集在一起时,其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
2.我国科学家成功合成了3 nm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
3.(2023·广州高二期末统考)冰和杯酚的结构如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.冰晶体中每个水分子周围只有2个紧邻的水分子
B.冰融化时破坏了分子中O—H键
C.杯酚中的官能团只有羟基
D.杯酚属于超分子,具有分子识别功能
1.电子手表、计算器、计算机显示器都运用了液晶材料显示图像和文字。下列有关其显示原理的叙述正确的是 ( )
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
2.下列关于纳米材料的叙述正确的是 ( )
A.纳米材料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
3.(2023·海口校考期中)下列说法正确的是 ( )
A.玻璃熔融后冷却可得到晶体
B.离子液体含有体积很大的阴、阳离子,故熔点较高
C.将药物分子的结构进行修饰,可提高药物的治疗效果
D.杯酚与C60之间可通过共价键形成超分子进而实现C60和C70的分离
4.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Mo将2个C60分子、2个p 甲酸丁酯吡啶分子及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位于第5周期ⅥB族,基态原子核外电子排布与Cr相似,则基态Mo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.σ键 B.π键
C.离子键 D.氢键
(3)配体CO中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
。
(5) C60与金刚石互为同素异形体,从结构与性质的关系角度解释C60的熔点远低于金刚石的原因
。
第3节 液晶、纳米材料与超分子
1.(1)可流动性 各向异性 (2)有序 (4)显示器 螺旋形
2.(1)颗粒 颗粒间的界面 晶状 无序 (2)光 声 电 磁 热 力 化学反应 微米 毫米 (3)富勒烯 碳纳米管
3.(1)结构 功能 分子层次之上 (2)非共价键 氢键 静电作用 疏水作用 (3)超分子
对点训练
1.C [由液晶的定义可知液晶是物质的一种聚集状态,C错误,所以A正确;液晶分子聚集在一起时,其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响,这是液晶的性质,也可以用来解释为什么可以用液晶来做液晶显示器,所以B、D都正确。]
2.D [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,不是高分子化合物,其性质稳定,抗腐蚀能力强。]
3.C [由图知,冰晶体中每个水分子周围有4个紧邻的水分子,A错误;冰融化是物理变化,破坏了分子间氢键,没有破坏分子中的O—H键,B错误;由图知,杯酚中的官能团只有羟基,C正确;超分子是两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚合体,超分子定义中的分子是广义的,包括离子,杯酚是一种纯净物,不属于超分子,D错误。]
课堂达标训练
1.B [液晶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,在施加电压时,液晶分子能够沿电场方向排列,而在移去电场之后,液晶分子又恢复到原来的状态,由此,在两种不同条件下,液晶材料的旋光性能发生变化,从而达到控制显示的目的,B项正确。]
2.A [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,A项正确,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.C [玻璃即使在冷却后也仍是非晶态材料,并不能通过简单的方式转变成晶体,故A错误;离子液体的离子之间存在较强的电荷分布不均匀性,使得离子液体分子间的结合能不均匀分布,这种不均匀性导致离子液体的熔点较低,故B错误;结构修饰可以改变药物的溶解度、生物利用度、药理活性、药物代谢和体内稳定性等性质,故C正确;杯酚与C60之间没有形成共价键而是通过分子间作用力结合形成超分子,进而实现C60和C70的分离,故D错误。]
4.(1)4d55s1 6 (2)AB (3)C sp2和sp3
(4)F元素的电负性强于H元素,对成键电子的吸引能力强于H元素,使共用电子对偏向F,氧氢键较易断裂
(5)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
解析 (1)基态Cr原子的价电子排布式为3d54s1,而Mo与Cr同族,但周期数比Cr的大1,因而基态Mo原子的价电子排布式为4d55s1,核外未成对电子数为6。(2)该超分子的结构中有双键,说明该超分子中有σ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。(3)CO做配体时C做配位原子,因为O提供孤电子对给C,C变成负电子重心,有提供电子对形成配位键的能力;p 甲酸丁酯吡啶中酯基中C原子的杂化方式为sp2,在丁基中C原子形成四个单键,其杂化方式为sp3。 (4)F元素的电负性强于H元素,对成键电子的吸引能力强于H元素,使共用电子对偏向F元素,氧氢键较易断裂,因此CF3COOH的酸性强于CH3COOH。 (5)根据晶体类型不同,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。(共53张PPT)
第 节 液晶、纳米材料与超分子
第 章 不同聚集状态的物质与性质
3
3
1.了解液晶、纳米材料与超分子的结构特征及特殊性质。
2.了解上述聚集状态物质的实际用途和作用。
学习目标
液晶、纳米材料与超分子
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
液晶、纳米材料与超分子
对点训练
1.液晶
(1)概念
在一定的温度范围内既具有液体的__________，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__________的物质，被称为液态晶体，简称液晶。
(2)结构特点
液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出______的排列。
可流动性
各向异性
有序
(3)性质
分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质。
(4)用途
液晶最重要的用途是制造液晶________，液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关。在没有外加电场时，液晶分子呈逐层扭转的________排列，在施加电压时，分子变成沿电场方向排列，移去电场之后，又恢复到原来的状态。
显示器
螺旋形
2.纳米材料
(1)组成和性质
纳米材料由直径为几或几十纳米的______和______________两部分组成。纳米颗粒内部具有______结构，而界面则为______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。
颗粒
颗粒间的界面
晶状
无序
(2)应用
正是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____学、____学、____学、____学、____学、____学、__________等方面完全不同于由________级或________级的结构颗粒构成的材料。
(3)实例
________ (C60等球碳)、石墨烯(单层石墨片)和__________是纳米材料中的“明星”，因其独特性能而具有广阔的应用前景。
光
声
电
磁
热
力
化学反应
微米量
毫米量
富勒烯
碳纳米管
3.超分子
(1)概念
若两个或多个分子相互“组合”在一起形成具有特定______和______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______________的分子，称为超分子。
(2)结构特点
超分子内部分子之间通过__________相结合，包括______、__________、__________以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。
结构
功能
分子层次之上
非共价键
氢键
静电作用
疏水作用
(3)冠醚及其应用
冠醚能与阳离子(尤其是碱金属阳离子)作用，并且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带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂，冠醚与金属离子的聚集体可以看成是一类________。
超分子
1.下列有关液晶的叙述中不正确的是( )
A.具有液体的流动性、晶体的各向异性
B.可用于制造液晶显示器
C.不是物质的一种聚集状态
D.液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
C
解析 由液晶的定义可知液晶是物质的一种聚集状态，C错误，所以A正确；液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响，这是液晶的性质，也可以用来解释为什么可以用液晶来做液晶显示器，所以B、D都正确。
解析 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，不是高分子化合物，其性质稳定，抗腐蚀能力强。
D
3.(2023·广州高二期末统考)冰和杯酚的结构如图所示，下列说法正确的是( )
A.冰晶体中每个水分子周围只有2个紧邻的水分子
B.冰融化时破坏了分子中O—H键
C.杯酚中的官能团只有羟基
D.杯酚属于超分子，具有分子识别功能
C
解析 由图知，冰晶体中每个水分子周围有4个紧邻的水分子，A错误；冰融化是物理变化，破坏了分子间氢键，没有破坏分子中的O—H键，B错误；由图知，杯酚中的官能团只有羟基，C正确；超分子是两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚合体，超分子定义中的分子是广义的，包括离子，杯酚是一种纯净物，不属于超分子，D错误。
课堂达标训练
1.电子手表、计算器、计算机显示器都运用了液晶材料显示图像和文字。下列有关其显示原理的叙述正确的是( )
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
解析 液晶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，在施加电压时，液晶分子能够沿电场方向排列，而在移去电场之后，液晶分子又恢复到原来的状态，由此，在两种不同条件下，液晶材料的旋光性能发生变化，从而达到控制显示的目的，B项正确。
2.下列关于纳米材料的叙述正确的是( )
A.纳米材料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
解析 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，A项正确，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。
A
3.(2023·海口校考期中)下列说法正确的是( )
A.玻璃熔融后冷却可得到晶体
B.离子液体含有体积很大的阴、阳离子，故熔点较高
C.将药物分子的结构进行修饰，可提高药物的治疗效果
D.杯酚与C60之间可通过共价键形成超分子进而实现C60和C70的分离
C
解析 玻璃即使在冷却后也仍是非晶态材料，并不能通过简单的方式转变成晶体，故A错误；离子液体的离子之间存在较强的电荷分布不均匀性，使得离子液体分子间的结合能不均匀分布，这种不均匀性导致离子液体的熔点较低，故B错误；结构修饰可以改变药物的溶解度、生物利用度、药理活性、药物代谢和体内稳定性等性质，故C正确；杯酚与C60之间没有形成共价键而是通过分子间作用力结合形成超分子，进而实现C60和C70的分离，故D错误。
4.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Mo将2个C60分子、2个p－甲酸丁酯吡啶分子及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位于第5周期ⅥB族，基态原子核外电子排布与Cr相似，则基态Mo原子的价电子排布式为________；核外未成对电子数为________。
4d55s1
6
解析 基态Cr原子的价电子排布式为3d54s1，而Mo与Cr同族，但周期数比Cr的大1，因而基态Mo原子的价电子排布式为4d55s1，核外未成对电子数为6。
(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
AB
解析 该超分子的结构中有双键，说明该超分子中有σ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。
(3)配体CO中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________。
C
sp2和sp3
解析 CO做配体时C做配位原子，因为O提供孤电子对给C，C变成负电子重心，有提供电子对形成配位键的能力；p－甲酸丁酯吡啶中酯基中C原子的杂化方式为sp2，在丁基中C原子形成四个单键，其杂化方式为sp3。
(4)从电负性角度解释CF3COOH的酸性强于CH3COOH的原因______________________________________________________________________________________________________。
F元素的电负性强于H元素，对成键电子的吸引能力强于H元素，使共用电子对偏向F，氧氢键较易断裂
解析 F元素的电负性强于H元素，对成键电子的吸引能力强于H元素，使共用电子对偏向F元素，氧氢键较易断裂，因此CF3COOH的酸性强于CH3COOH。
(5) C60与金刚石互为同素异形体，从结构与性质的关系角度解释C60的熔点远低于金刚石的原因__________________________________________________________________________________________________________________________。
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
解析 根据晶体类型不同，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。
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.下列关于物质特殊聚集状态的结构的叙述中，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
D
解析 离子液体一般由有机阳离子和无机阴离子构成，A项正确；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；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；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。
2.下列关于纳米材料的叙述错误的是( )
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做催化剂可加快反应速率，提高反应物的平衡转化率
C.将纳米颗粒粉剂制成火箭的固体燃料将有更大的推动力
D.银器能抑菌、杀菌，将纳米银微粒植入内衣织物中，有奇异的抑菌、杀菌效果
B
解析 纳米材料在以液体为分散剂所形成的溶胶分散系为液溶胶，故A正确；催化剂能增大反应速率，但是对平衡的移动无影响，转化率不变，故B错误；将纳米颗粒粉剂制成火箭的固体燃料，能够增大反应物的接触面积，反应速率加快，对火箭有更大的推动力，故C正确；银离子是重金属离子，能使蛋白质变性，有抑菌、杀菌效果，故D正确。
3.(2023·沈阳第120中学高二月考)下列说法正确的是( )
A.液晶是液体和晶体的混合物
B.混合型晶体是由多种类型晶体互相混合而成的晶体
C.石英和金刚石都是共价晶体，最小环上都有6个原子
D.大多数离子液体含有体积很大的阴阳离子，呈液态，难挥发
D
解析 液晶并不是指液体和晶体的混合物，而是一种特殊的物质，液晶像液体一样可以流动，又具有晶体各向异性的特性，A错误；有一些晶体，晶体内可能同时存在着若干种不同的作用力，具有若干种晶体的结构和性质，这类晶体称为混合型晶体，混合型晶体不是混合物，B错误；石英是SiO2，由其结构可知最小环中有12个原子，C错误；大多数离子液体含有体积很大的阴阳离子，呈液态，难挥发，因此离子液体可做溶剂，选项D正确。
4.下列说法不正确的是( )
A.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
B.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
C.石油裂解、煤的干馏、玉米制醇、蛋白质的变性和纳米银粒子的聚集都是化学变化
D.燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施
C
解析 液晶是在一定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，所以既具有一定程度的晶体的有序性，又具有液体的流动性，A项正确；相等质量的冰晶体中，水分子间形成的氢键比液态水中的多，由于氢键的作用，水分子间的空隙大，所以冰的密度比液态水的小，水在4 ℃时密度最大，B项正确；纳米银粒子的聚集是物理变化，C项错误；燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和将氮氧化物催化转化为无污染的气体，均可有效减少酸雨的产生，D项正确。
5.(2023·石家庄高二期末)物质的聚集状态与其性能之间关系密切。下列说法错误的是( )
A.等离子体由电子、阳离子和电中性粒子组成，具有良好的导电性和流动性
B.大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子，呈液态，难挥发
C.液晶既具有液体的流动性，又具有类似晶体的各向异性
D.圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性
D
解析 等离子体是由阳离子、中性粒子、自由电子等多种不同性质的粒子所组成的电中性物质，其中阴离子(自由电子)和阳离子所带电荷量分别相等，具有良好的导电性和流动性，A正确；离子液体是指全部由离子组成的液体，大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子，呈液态，难挥发，B正确；液晶状态介于液体和晶体之间，既具有液体的流动性，又具有类似晶体的各向异性，C正确；晶体的自范性就是晶体能自发呈现多面体外形的性质；圆形容器中结出的冰是圆形的是外部容器的形状，不能体现晶体的自范性，D错误。
6.我国科学家成功研制了SiO2超分子纳米管，下列叙述不正确的是( )
A.该超分子性质稳定，不与任何酸发生反应
B.SiO2是酸性氧化物
C.SiO2在工业上可用于制造光导纤维
D.SiO2与碱的反应是非氧化还原反应
A
解析 二氧化硅能与氢氟酸发生反应，A错误；SiO2能与碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物，B正确；SiO2制成的纤维能够传导光波和各种光信号，在工业上可用于制造光导纤维，C正确；SiO2与碱反应生成盐和水，是非氧化还原反应，D正确。
7.纳米是长度单位，1 nm＝1×10－9 m，物质的颗粒达到纳米级时，具有特殊的性质。如将单质铜制成“纳米铜”时，“纳米铜”具有非常强的化学活性，在空气中可以燃烧。下列对“纳米铜”的有关叙述中正确的是( )
A.常温下，“纳米铜”比铜片的金属性强
B.常温下，“纳米铜”比铜片更易失去电子
C.常温下，“纳米铜”与铜片的还原性相同
D.常温下，“纳米铜”比铜片的氧化性强
解析 “纳米铜”因其表面积大，所以化学反应速率大，但基本化学性质没有改变。
C
8.(2023·宜昌高二期末)配位化学和超分子化学在生命科学领域有着广泛的应用，在生命体中扮演着举足轻重的角色。如下图甲表示血红蛋白中Fe(Ⅱ)结合氧气形成配合物的结构，图乙表示磷酸根与二脲基分子形成的超分子阴离子配合物。相关说法错误的是( )
B
A.图甲中，血红蛋白结合O2的作用力有两种，但强度不同，O2与Fe(Ⅱ)间作用力远强于与H间的作用力
B.图乙中，磷酸根和二脲基分子间形成超分子的相互作用属于强度较弱的化学键
C.亚硝酸钠是一种氧化剂，误服中毒会出现面色发青、口唇紫绀等典型缺氧症状，推测中毒机理是其将血红蛋白中Fe(Ⅱ)氧化，使其无法再与O2配位而丧失输氧能力
D.CO中毒的原因：因电负性C解析 血红蛋白中Fe(Ⅱ)结合氧气形成的是配位键，而O2与H之间的作用力为氢键，配位键的强度远高于氢键，A正确；图乙中，磷酸根和二脲基分子间形成超分子的相互作用力为氢键，氢键不是化学键，B错误；亚硝酸钠是一种氧化剂，而Fe(Ⅱ)容易被氧化，误服亚硝酸钠中毒会出现面色发青、口唇紫绀等典型缺氧症状，原因为亚硝酸钠将Fe(Ⅱ)氧化为Fe(Ⅲ)，血红蛋白中的Fe无法与氧气配位，从而无法输送氧气，C正确；CO中电负性C9.请分别用液晶、纳米材料和超分子3种特殊聚集状态填空：
________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。
________既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性。
________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。
超分子
液晶
纳米材料
10.纳米技术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纳米等于________米。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)世界上最小的马达是分子马达，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右图是这种分子马达的________(填序号)。
a.结构式
b.晶胞
c.比例模型(或空间填充模型)
d.球棍模型
②在这种分子马达中，构成环状结构的是_______________________元素的原子，这种原子在1个分子马达中共有________个。
d
碳
30
B级 素养培优练
11.碳纳米管、石墨烯、C60等新型碳材料具有广阔的应用前景。下列说法正确的是( )
A
A.碳纳米管分散到适当的分散剂中可形成胶体 B.石墨烯属于有机化合物
C.C60与金刚石互为同位素 D.均具有相同的熔点
解析 碳纳米管是一种纳米材料，与胶粒直径吻合，分散到分散剂中能形成胶体，A正确；石墨烯是由石墨剥离出的单层碳原子结构构成的单质，不属于有机化合物，B错误；C60与金刚石同属于碳的单质，互为同素异形体，C错误；不同的新型碳材料因结构不同应具有不同的熔点，D错误。
12.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＋的体积与X的空腔大小相近，恰好能进入X的环内，且Li＋与氧原子的一对孤电子对作用形成稳定结构W(如图)。
①基态锂离子核外能量最高的电子所处电子层符号为________。
K
②W中Li＋与孤电子对之间的作用属于________(填字母)。
A.离子键 B.配位键 C.氢键 D.以上都不是
B
解析 ①基态锂离子核外只有1s能级上有电子，为K层上的电子，所以其电子层符号为K。②Li＋提供空轨道、O原子提供孤电子对，二者形成配位键。
(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________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
Li＋半径比Y的空腔小很多，不易与空腔内O原子的孤电子对作用形成稳定结构
解析 冠醚Y空腔较大，Li＋半径较小，导致该离子不易与氧原子的孤电子对形成配位键，所以得不到稳定结构。
(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。
①水分子中键角________(填“>”“<”或“＝”)109°28′。
②已知：冠醚Z与KMnO4可以发生如图所示的变化。
加入冠醚Z后，烯烃的氧化效果明显提升的原因是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
<作业19 液晶、纳米材料与超分子
(分值:50分)
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意(1~8题,每小题4分)
1.下列关于物质特殊聚集状态的结构的叙述中,错误的是 ( )
离子液体的基本构成微粒是阴、阳离子
超分子内部分子之间可以通过非共价键结合
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
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
2.下列关于纳米材料的叙述错误的是 ( )
将纳米材料均匀分散到液体分散剂中可制得液溶胶
用纳米级金属颗粒粉剂做催化剂可加快反应速率,提高反应物的平衡转化率
将纳米颗粒粉剂制成火箭的固体燃料将有更大的推动力
银器能抑菌、杀菌,将纳米银微粒植入内衣织物中,有奇异的抑菌、杀菌效果
3.(2023·沈阳第120中学高二月考)下列说法正确的是 ( )
液晶是液体和晶体的混合物
混合型晶体是由多种类型晶体互相混合而成的晶体
石英和金刚石都是共价晶体,最小环上都有6个原子
大多数离子液体含有体积很大的阴阳离子,呈液态,难挥发
4.下列说法不正确的是 ( )
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
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
石油裂解、煤的干馏、玉米制醇、蛋白质的变性和纳米银粒子的聚集都是化学变化
燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施
5.(2023·石家庄高二期末)物质的聚集状态与其性能之间关系密切。下列说法错误的是 ( )
等离子体由电子、阳离子和电中性粒子组成,具有良好的导电性和流动性
大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子,呈液态,难挥发
液晶既具有液体的流动性,又具有类似晶体的各向异性
圆形容器中结出的冰是圆形的,体现了晶体的自范性
6.我国科学家成功研制了SiO2超分子纳米管,下列叙述不正确的是 ( )
该超分子性质稳定,不与任何酸发生反应
SiO2是酸性氧化物
SiO2在工业上可用于制造光导纤维
SiO2与碱的反应是非氧化还原反应
7.纳米是长度单位,1 nm=1×10-9 m,物质的颗粒达到纳米级时,具有特殊的性质。如将单质铜制成“纳米铜”时,“纳米铜”具有非常强的化学活性,在空气中可以燃烧。下列对“纳米铜”的有关叙述中正确的是 ( )
常温下,“纳米铜”比铜片的金属性强
常温下,“纳米铜”比铜片更易失去电子
常温下,“纳米铜”与铜片的还原性相同
常温下,“纳米铜”比铜片的氧化性强
8.(2023·宜昌高二期末)配位化学和超分子化学在生命科学领域有着广泛的应用,在生命体中扮演着举足轻重的角色。如下图甲表示血红蛋白中Fe(Ⅱ)结合氧气形成配合物的结构,图乙表示磷酸根与二脲基分子形成的超分子阴离子配合物。相关说法错误的是 ( )
图甲中,血红蛋白结合O2的作用力有两种,但强度不同,O2与Fe(Ⅱ)间作用力远强于与H间的作用力
图乙中,磷酸根和二脲基分子间形成超分子的相互作用属于强度较弱的化学键
亚硝酸钠是一种氧化剂,误服中毒会出现面色发青、口唇紫绀等典型缺氧症状,推测中毒机理是其将血红蛋白中Fe(Ⅱ)氧化,使其无法再与O2配位而丧失输氧能力
CO中毒的原因:因电负性C9.(3分)请分别用液晶、纳米材料和超分子3种特殊聚集状态填空:
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。
既具有液体的可流动性,又具有晶体的各向异性。
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。
10.(6分)纳米技术日益受到各国科学家的关注。请回答下列问题:
(1)(3分)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1~100 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)(3分)世界上最小的马达是分子马达,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如图是这种分子马达的 (填序号)。
a.结构式
b.晶胞
c.比例模型(或空间填充模型)
d.球棍模型
②在这种分子马达中,构成环状结构的是
元素的原子,这种原子在1个分子马达中共有 个。
B级 素养培优练
11.(4分)碳纳米管、石墨烯、C60等新型碳材料具有广阔的应用前景。下列说法正确的是 ( )
碳纳米管分散到适当的分散剂中可形成胶体
石墨烯属于有机化合物
C60与金刚石互为同位素
均具有相同的熔点
12.(5分)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)(2分)Li+的体积与X的空腔大小相近,恰好能进入X的环内,且Li+与氧原子的一对孤电子对作用形成稳定结构W(如图)。
①基态锂离子核外能量最高的电子所处电子层符号为 。
②W中Li+与孤电子对之间的作用属于 (填字母)。
A.离子键 B.配位键
C.氢键 D.以上都不是
(2)(1分)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)(2分)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。
①水分子中键角 (填“>”“<”或“=”)109°28'。
②已知:冠醚Z与KMnO4可以发生如图所示的变化。
加入冠醚Z后,烯烃的氧化效果明显提升的原因是 。
作业19 液晶、纳米材料与超分子
1.D [离子液体一般由有机阳离子和无机阴离子构成,A项正确;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;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;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。]
2.B [纳米材料在以液体为分散剂所形成的溶胶分散系为液溶胶,故A正确;催化剂能增大反应速率,但是对平衡的移动无影响,转化率不变,故B错误;将纳米颗粒粉剂制成火箭的固体燃料,能够增大反应物的接触面积,反应速率加快,对火箭有更大的推动力,故C正确;银离子是重金属离子,能使蛋白质变性,有抑菌、杀菌效果,故D正确。]
3.D [液晶并不是指液体和晶体的混合物,而是一种特殊的物质,液晶像液体一样可以流动,又具有晶体各向异性的特性,A错误;有一些晶体,晶体内可能同时存在着若干种不同的作用力,具有若干种晶体的结构和性质,这类晶体称为混合型晶体,混合型晶体不是混合物,B错误;石英是SiO2,由其结构可知最小环中有12个原子,C错误;大多数离子液体含有体积很大的阴阳离子,呈液态,难挥发,因此离子液体可做溶剂,选项D正确。]
4.C [液晶是在一定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,所以既具有一定程度的晶体的有序性,又具有液体的流动性,A项正确;相等质量的冰晶体中,水分子间形成的氢键比液态水中的多,由于氢键的作用,水分子间的空隙大,所以冰的密度比液态水的小,水在4 ℃时密度最大,B项正确;纳米银粒子的聚集是物理变化,C项错误;燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和将氮氧化物催化转化为无污染的气体,均可有效减少酸雨的产生,D项正确。]
5.D [等离子体是由阳离子、中性粒子、自由电子等多种不同性质的粒子所组成的电中性物质,其中阴离子(自由电子)和阳离子所带电荷量分别相等,具有良好的导电性和流动性,A正确;离子液体是指全部由离子组成的液体,大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子,呈液态,难挥发,B正确;液晶状态介于液体和晶体之间,既具有液体的流动性,又具有类似晶体的各向异性,C正确;晶体的自范性就是晶体能自发呈现多面体外形的性质;圆形容器中结出的冰是圆形的是外部容器的形状,不能体现晶体的自范性,D错误。]
6.A [二氧化硅能与氢氟酸发生反应,A错误;SiO2能与碱反应生成盐和水,属于酸性氧化物,B正确;SiO2制成的纤维能够传导光波和各种光信号,在工业上可用于制造光导纤维,C正确;SiO2与碱反应生成盐和水,是非氧化还原反应,D正确。]
7.C [“纳米铜”因其表面积大,所以化学反应速率大,但基本化学性质没有改变。 ]
8.B [血红蛋白中Fe(Ⅱ)结合氧气形成的是配位键,而O2与H之间的作用力为氢键,配位键的强度远高于氢键,A正确;图乙中,磷酸根和二脲基分子间形成超分子的相互作用力为氢键,氢键不是化学键,B错误;亚硝酸钠是一种氧化剂,而Fe(Ⅱ)容易被氧化,误服亚硝酸钠中毒会出现面色发青、口唇紫绀等典型缺氧症状,原因为亚硝酸钠将Fe(Ⅱ)氧化为Fe(Ⅲ),血红蛋白中的Fe无法与氧气配位,从而无法输送氧气,C正确;CO中电负性C9.超分子 液晶 纳米材料
10.(1)长度 10-9 胶体 (2)①d ②碳 30
11.A [碳纳米管是一种纳米材料,与胶粒直径吻合,分散到分散剂中能形成胶体,A正确;石墨烯是由石墨剥离出的单层碳原子结构构成的单质,不属于有机化合物,B错误;C60与金刚石同属于碳的单质,互为同素异形体,C错误;不同的新型碳材料因结构不同应具有不同的熔点,D错误。]
12.(1)①K ②B
(2)Li+半径比Y的空腔小很多,不易与空腔内O原子的孤电子对作用形成稳定结构
(3)①< ②冠醚Z可溶于烯烃,加入冠醚Z中的K+因静电作用将Mn带入烯烃中,增大反应物的接触面积,提高了氧化效果
解析 (1)①基态锂离子核外只有1s能级上有电子,为K层上的电子,所以其电子层符号为K。②Li+提供空轨道、O原子提供孤电子对,二者形成配位键。(2)冠醚Y空腔较大,Li+半径较小,导致该离子不易与氧原子的孤电子对形成配位键,所以得不到稳定结构。(3)①水分子中氧原子的价电子对数是4,根据价电子对互斥理论判断水分子价电子对空间结构为四面体形。由于水分子中O原子含有2对孤电子对,孤电子对之间的排斥力较强,导致水分子中键角小于109°28'。②根据相似相溶原理知,冠醚Z可溶于烯烃,加入冠醚Z中的K+因静电作用将Mn带入烯烃中,增大反应物的接触面积,提高了氧化效果。
