鲁科版高中化学选择性必修2第3章不同聚集状态的物质与性质第3节液晶、纳米材料与超分子课件(共52张PPT)

(共52张PPT)
第3章　不同聚集状态的物质与性质
第3节　液晶、纳米材料与超分子
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研习任务一　液晶
[目标导航]1.知道物质除有三种基本的聚集状态外，还有其他聚集状态。
2.知道液晶、纳米材料和超分子的概念及结构与性质的关系。
教材　认知
可流动　
各向异性　
有序的排列　
液晶显示　
[思考1]　液晶是晶体吗？ 　 　；原因是 　　　　　　　。
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，如各向异 性。液晶的性质受温度、压力、电场等外界因素的影响
[思考2]　（1）液晶主要由哪些化学物质组成？
提示：液晶由具有特殊形状分子的物质组成，大多数液晶都属于有机复合物质，由长棒状的分子构成。
（2）试从微观层面解释液晶具有各向异性的原因。
提示：在微观结构层面，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。
√
√
×
研习　经典
A. 具有液体的流动性和晶体的各向异性
B. 可用来制造液晶显示器
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
解析：液晶是物质的一种聚集状态，C错误。
C
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研习任务二　纳米材料
教材　认知
纳米　
晶状　
无序　
界面的原子　
微米量级　
毫米量级　
富勒烯　
碳
纳米管　
管状　
中心轴　
储氢　
纳米　
原子　
×
√
×
探究　活动
（1）磁流体又称磁性液体，是磁性纳米粒子（如Fe3O4、Fe2O3等）的超稳定悬浮 液，它可以像液体一样流动，在外加磁场作用时又会表现出磁性。磁流体可用于磁性 流体密封、声光仪器设备、磁生靶向药物等领域。
①纳米是什么单位？1纳米等于多少米？
②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。它与哪种 分散系的粒子大小一样？
提示：①纳米是长度单位，1 nm＝10－9 m。②它与胶体的粒子大小一致。
（2）什么是纳米材料？纳米材料一定是直径在1～100 nm的颗粒吗？
提示：纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级（1～100 nm）的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料；纳米材料分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块。
研习　经典
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
解析：胶体粒子直径大小在1～100 nm之间，与纳米级粒子的尺寸相当，所以纳米级 粒子分散在分散剂中能形成胶体，故A错误；纳米粒子可作催化剂，一定条件下可催 化水的分解，故B正确；纳米陶瓷的可塑性好，一定条件下可发生任意弯曲，故C正 确；纳米微粒半径小，表面活性高，故D正确。
a.助燃剂 b.“绿色”溶剂 c.复合材料 d.绝热材料
解析：由（CH3）3NH＋和[AlCl4]－形成的离子液体，阴、阳离子间的作用力大 于有机溶剂分子间的范德华力，因此其挥发性一般比有机溶剂小。该离子液体中不含 氧，则其不助燃；液体一般不能用作复合材料；由阴、阳离子形成的离子液体，具有 导热性，不可能用作绝热材料。
小　
b　
解析：由题图可知，随着碳纳米管直径的增大，结冰温度依次为27 ℃、7 ℃、 －53 ℃、－83 ℃，即碳纳米管直径越大，结冰温度越低。
碳纳米管直
径越大，结冰温度越低
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研习任务三　超分子
教材　认知
1. 概念
2. 结构
两个　
多个　
聚集体　
非共价键　
弱配位键　
3. 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。
4. 冠醚及其作用
能与阳离子作用，随环的大小不同而与不同金属离子作用，将阳离子以及对应的阴离 子都带入有机溶剂，成为有机反应的催化剂。
5. 应用
进行分子识别、分子组装，促进超分子化学研究的发展。
探究　活动
超分子是由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集体。超分子定 义中的分子是广义的，包括离子。分子以什么样的作用形成超分子？
提示：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。
重点　讲解
应用实例——分子识别
（1）分离C60和“杯酚”，如图所示。
（2）冠醚识别碱金属离子。不同大小的冠醚可以识别不同大小的碱金属离子，如图 所示。
研习　经典
A. 超分子是如蛋白质一样的大分子
B. 超分子是由小分子通过聚合得到的高分子
C. 超分子是由高分子通过非化学键作用形成的分子聚集体
D. 超分子是由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集体
解析：超分子不同于蛋白质、淀粉等大分子，也不同于高分子；超分子是由两种或两 种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。
D
A. 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集体
B. 超分子都是无限伸展的
C. 冠醚是一种超分子，可以识别碱金属离子
D. 细胞和细胞器的双分子膜具有自组装性质
解析：超分子通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成 复杂的、有组织的聚集体，故A正确；超分子有的是有限的，有的是无限伸展的，故 B错误；冠醚与某些金属的包合物都是超分子，可以识别碱金属离子，故C正确；细 胞和细胞器的双分子膜具有自组装性质，生物体的细胞即是由各种生物分子自组装而 成，故D正确。
B
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自组装
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
解析：超分子是由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集体。超 分子是广义的，包括离子。分子间相互作用：通过非共价键结合，包括范德华力、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。分子聚集体有 的是有限的，有的是无限伸展的。
A. 物质只有气、液、固三种聚集状态
B. 气态是高度无序的体系存在状态
C. 固态中的原子或分子结合的较紧凑，相对运动较弱
D. 液态物质微粒间的距离和作用力的强弱介于固、气两态之间，表现出明显的流动性
A
解析：物质的聚集状态除了气、液、固三态外，还有其他聚集状态，如液晶、纳米材 料等，A错误；物质处于气态时，分子间距离大，分子运动速度快，体系处于高度无 序状态，B正确；对于固态物质，原子或分子相距很近，分子难以平动和转动，但能 够在一定位置上做不同程度的振动，C正确；对液态物质而言，分子相距比较近，分 子间作用力也较强，分子的转动明显活跃，平动也有所增加，使之表现出明显的流动 性，D正确。
　
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A. 液晶分子在长轴的平行方向和垂直方向具有相同的性质
B. 液晶是一种晶体
C. 液晶分子在特定条件下排列比较整齐，但不稳定
D. 所有物质在一定条件下都能成为液晶
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A. 该液晶同时具有各向异性和弹性
B. 这种液晶弹性体机器人可以采用热、光、电、磁等进行驱动
C. 该液晶弹性体具有形状记忆功能
D. 液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，而固体SiO2一定是晶体
D
解析：液晶具有各向异性，根据题意其具有弹性，故A正确；液晶的各向异性即在 热、电、光、磁等改变的情况下发生形变从而驱动，故B正确；液晶弹性体可以恢复 到原来的形状即形状记忆功能，故C正确；液晶是介于液态和晶态之间的物质状态， 固体SiO2有晶体和非晶体之分，故D错误。
　
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A. 是长程无序的一种结构状态
B. 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
C. 既不是微观粒子，也不是宏观物质
D. 碳纳米材料中的石墨烯、富勒烯（C60）互为同素异形体
解析：纳米材料是短程有序而长程无序的一种结构状态，A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，故B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，C正确；石墨烯、富勒烯 （C60）互为同素异形体，D正确。
　
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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
解析：由于碳纤维的强度高、刚度高、密度小，它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。
　
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A. 三维空间尺寸必须都处于纳米尺度
B. 具有既不同于微观粒子也不同于宏观物体的独特性质
C. 是原子排列成的纳米数量级原子团
D. 其有与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态
解析：纳米颗粒的三维空间尺寸只要有一维处于纳米尺度即可，故A错误；由于纳米 粒子存在巨大的比表面积，由纳米粒子构成的材料，往往产生既不同于微观原子、分 子，也不同于宏观物质的特性，故B正确。
　
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A. 只有②③④ B. 只有①②③④
C. 只有②③④⑤ D. ①②③④⑤
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A. 共价键 B. 氢键 C. 弱配位键 D. 静电作用
解析：超分子内部分子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，A项符合题意。
　
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9. 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与钾离子形成的超分子结构如图所示。
B
A. 含该超分子的物质属于分子晶体
B. 冠醚可用于分离不同的碱金属离子
C. 中心碱金属离子的配位数是不变的
D. 冠醚与碱金属离子之间形成离子键
解析：冠醚与碱金属离子形成的配合物中还含有阴离子，该物质是离子晶体，A错 误；由题意知，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，故可用于分离不同的碱金属离子，B正确；不同的碱金属离子直径大小不同，配 位数随着空穴大小不同而改变，形成的超分子中心碱金属离子配位数也不同，C错 误；冠醚与碱金属离子之间的配位键属于共价键，不是离子键，D错误。
　
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10. “杯酚”能与C60形成超分子，但不能与C70形成超分子，利用此性质的差异，实 验室可用来分离C60、C70。已知C60、C70与“杯酚”的结构如图所示：
D
A. C60、C70都是一种新型的化合物
B. C60、C70与“杯酚”均属于共价晶体
C. C60中虽然没有离子键，但固体为离子晶体
D. “杯酚”分子中既存在σ键又存在π键
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解析：C60、C70都是由一种元素组成的单质，故A错误；C60、C70与“杯酚”均属子分 子晶体，故B错误；C60中碳原子间形成的是共价键，但固体为分子晶体，故C错误； “杯酚”分子结构中含有苯环，故存在σ键和π键，故D正确。
　
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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. 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
解析：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，即不能提高反应 物的平衡转化率，B项错误。
　
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A. 我们可以直接用肉眼清晰地看到这种“纳米车”的运动
B. “纳米车”的诞生，说明人类操纵分子的技术进入一个新阶段
C. “纳米车”是一种分子晶体
D. C60熔点比金刚石熔点高
解析：“纳米车”是肉眼不能看见的，A项错误；“纳米车”只是几个分子的 “组装”体，并非晶体，C项错误；C60属于分子晶体，熔点要比金刚石低得多，
D项错误。
　
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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
解析：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。
　
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A. Y的单质的氧化性在同主族中最强
B. 简单离子半径：Z＞Y
C. Z与Y可形成多种离子化合物
D. 简单氢化物的热稳定性：Y＞X
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解析：根据题图可知，W形成1个共价键，且是四种短周期元素中原子序数最小的， 说明W原子核外只有1个电子，又W、X、Z分别位于不同周期，则W是H元素；X形成 4个共价键，则X是C元素；Z的原子半径在同周期元素中最大，则Z是Na元素；Y形成 2个共价键，其原子序数比C元素的大，比Na元素的小，则Y是O元素。同主族从上到 下，元素非金属性逐渐减弱，单质的氧化性逐渐减弱，故O2的氧化性在同主族中最 强，A项正确；电子层结构相同的不同离子，核电荷数越大，离子半径越小，故简单 离子半径：Na＋＜O2－，B项错误；O、Na两种元素可形成Na2O、Na2O2等离子化合 物，C项正确；元素的非金属性越强，其形成的简单氢化物越稳定，元素的非金属 性：C＜O，所以形成的简单氢化物的热稳定性：CH4＜H2O，D项正确。
　
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15. 某课题组借用足球烯核心，成功实现了高效且选择性可精准定制的离子跨膜运 输，如图甲所示。
已知：图甲中的有机物为“冠醚”，命名规则是“环上原子个数－冠－氧原子个数”。
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解析：Cs为第6周期ⅠA族元素，故基态Cs原子的价电子排布式为6s1；K原子ns 能级有一个伸展方向，np能级有3个伸展方向，故基态K原子的核外电子云有4个伸展 方向。
6s1　
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解析：运输Cs＋的冠醚的分子中有21个原子，7个氧原子，故名称为21－冠－7；冠醚分子中氧原子有2个σ键，孤电子对数为2，价电子对数为4，故轨道的杂化类型是sp3；氧原子有孤电子对，故氧原子形成配位键。
21－冠－7　
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（3）几种冠醚与识别的碱金属离子的有关数据如下表所示：
冠醚 冠醚空腔直径/pm 适合的粒子（直径/pm）
12－冠－4 120～150 Li＋（152）
15－冠－5 170～220 Na＋（204）
18－冠－6 260～320 K＋（276）
— 340～430 Rb＋（304）
Cs＋（334）
Na＋直径太小，Cs＋直径太大
氧的电负性较大，X－带负电
荷，冠醚与阴离子作用力弱
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