第3节 液晶、纳米材料与超分子
1.科学研究表明，物质有多种聚集状态。下列描述错误的是（ ）
A.磁流体可用于磁性流体密封、声光仪器设备、磁性靶向药物等领域
B.超分子具有分子识别与自组装的特征
C.液晶和液态是物质的两种不同聚集状态
D.同一种金属元素构成的纳米材料与金属晶体具有完全相同的性质
2.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。12-冠-4与锂离子作用而不与钠离子、钾离子作用；18-冠-6与钾离子作用（如图），还可与重氮盐作用，但不与锂离子或钠离子作用。下列说法错误的是（ ）
A.18-冠-6中C和O的杂化轨道类型相同
B.18-冠-6与钾离子作用，不与锂离子或钠离子作用，这反映了超分子的“分子识别”的特征
C.18-冠-6与钾离子作用反映了超分子的自组装的特征
D.冠醚与碱金属离子作用的原理与其可作相转移催化剂的原理有关
3.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
4.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
5.下列说法错误的是（ ）
A.纳米颗粒界面通常为无序结构，但内部具有晶状结构
B.利用红外光谱实验可确定青蒿素分子中含有的部分基团
C.超分子内部分子之间通过氢键、弱配位键等相结合
D.电子表液晶显示器在施加电场时，液晶分子沿垂直于电场方向排列
6.下列说法错误的是（ ）
A.离子液体有难挥发的特点，常被用作有机合成的溶剂
B.冠醚与碱金属离子通过离子键形成超分子
C.等离子体是一种特殊的气体，由带电的阳离子、电子及电中性粒子组成
D.液晶既具有液体的流动性，又具有类似晶体的各向异性
7.下列叙述正确的是（ ）
A.食盐粉碎后不再属于晶体
B.液体与晶体混合物叫液晶
C.超分子内部可以通过氢键结合
D.最大维度处于纳米尺度的材料叫纳米材料
8.下列有关叙述不正确的是（ ）
A.利用超分子的分子识别特征，可以分离C60和C70
B.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
C.可通过X射线衍射实验区分晶体、准晶体和非晶体
D.“硅—石墨烯—锗晶体管”为我国首创，单晶硅、锗、石墨烯均为共价晶体
9.碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。下列关于纳米管说法错误的是（ ）
A.具有导电、熔点高等特点
B.碳纳米管是一种新型有机纳米材料
C.碳纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成
D.纳米管孔径较大，可以掺杂各种金属原子，体现特殊的催化活性
10.科学家利用四种原子序数依次增大的短周期主族元素W、X、Y、Z“组合”成一种超分子，该超分子具有高效的催化性能，其分子结构示意图如图（注：实线代表共价键，其他重复单元的W、X未标注）。已知X、Y位于同一周期，基态Z原子中只有两种形状的电子云，最外层只有一种自旋状态的电子，下列说法正确的是（ ）
A.氢化物的沸点：Y＞X
B.Y与Z形成的化合物中只含离子键
C.由X、Y、Z形成的单质分别为共价晶体、分子晶体和金属晶体
D.该超分子反映了超分子“分子识别”的特性
11.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。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.冠醚与碱金属离子之间的配位键属于共价键
B.中心原子K＋的配位数为6
C.冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里还有阴离子
D.这类配合物晶体是分子晶体
12.超分子笼PPC-2封装钌（Ru）纳米颗粒形成一种高效催化剂。PPC-2是由A、B、C三个组件拼装而成的正八面体超分子笼，结构示意如图。
注：C组件中部分原子由其他邻近组件提供。
（1）基态Co原子的价电子排布式为 。
（2）组件A中所含四种元素的电负性由小到大的顺序为 。
（3）组件B中碳原子的杂化类型为 。
（4）组件C中Co原子位于相邻O原子构成的 空隙中（填“四面体”或“八面体”）。
（5）每个组件C带一个单位负电荷，综合各组件所带电荷，计算PPC-2中n＝ 。
（6）钌纳米颗粒进入PPC-2超分子笼后，钌晶体从六方堆积转化为面心立方堆积（晶胞参数为 a pm）。超分子笼内钌晶体密度为 g·cm－3（用含a、NA的代数式表示）。
13.（1）（CH3）3NH＋和[AlCl4]－可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子组成，熔点低于100 ℃，其挥发性一般比有机溶剂 （填“大”或“小”），可用作 （填字母）。
a.助燃剂 b.“绿色”溶剂
c.复合材料 d.绝热材料
（2）在纳米级的空间中，水的结冰温度是怎样的呢？为此，科学家对不同直径碳纳米管中水的结冰温度进行分析。下图是四种不同直径碳纳米管中的冰柱结构及结冰温度，冰柱的大小取决于碳纳米管的直径。水在碳纳米管中结冰的规律是 。
第3节 液晶、纳米材料与超分子
1.D 纳米材料实际上是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，包括纳米颗粒和颗粒间界面两部分。同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体不可能具有完全相同的性质，D错误。
2.C 18-冠-6中C和O都是sp3杂化，A正确；18-冠-6与钾离子作用，不与锂离子或钠离子作用，反映了超分子的“分子识别”的特征，B正确，C错误；由于冠醚是皇冠状分子，可由不同大小的空穴适配不同大小的碱金属阳离子，把无机物带入有机物中，它可以作为相转移催化剂也是基于这个原理，D正确。
3.B 分子组分之间原有作用被破坏，应在外力作用下驱动分子机器，则需要对体系输入一定的能量，A项正确；分子状态的改变没有发生化学变化，B项错误；由题给信息可以知道电子的得失可形成分子机器，有电子得失的反应属于氧化还原反应，C项正确；光照条件下可使分子吸收光子，D项正确。
4.B A项，有机高分子化合物由一类相对分子质量很大的分子聚集而成，且无固定的化学式，错误；B项，此物质由碳、氢、氧、氮四种元素组成，正确；C项，由MBBA的化学式可知，碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶1∶1，错误；D项，MBBA物质是由C18H21NO 分子构成的化合物，不含NO分子，错误。
5.D 纳米颗粒是长程有序的晶状结构，界面却是长程无序和短程无序的结构，所以纳米颗粒界面通常为无序结构，但内部具有晶状结构，A正确；在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当，利用红外光谱实验可确定青蒿素分子中含有的部分基团，B正确；超分子内部分子之间通过氢键、弱配位键等相结合，C正确；电子表液晶显示器在施加电场时，液晶分子沿电场方向排列，移去电场后，液晶分子无序排列，D错误。
6.B 离子液体是指全部由离子组成的液体，有难挥发的特点，常被用作有机合成的溶剂，A正确；冠醚与碱金属离子通过配位键形成分子，配位键属于共价键，B错误；等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质聚集体，C正确；液晶是介于晶态和液态之间的物质状态，既具有液体的流动性，又具有类似晶体的各向异性，D正确。
7.C 食盐粉末是由细小食盐晶体组成，保持食盐晶体的结构和性质特点，A不正确；液晶是既具有液体的流动性又具有晶体的特性的物质，B不正确；超分子内部可以通过氢键、静电作用、疏水作用等非共价键结合，C正确；纳米材料是指至少有一维为纳米级尺度的材料，D不正确。
8.D 石墨烯主要成分为石墨，石墨晶体由碳原子构成、存在共价键和分子间作用力，为混合型晶体，D错误。
9.B 碳纳米管上每个碳原子采取sp2杂化，相互之间以碳碳σ键结合起来，所以熔点高，据图可知其碳纳米管的结构与石墨的片层结构相似，可以导电，A正确；碳纳米管是一种碳单质，不是有机物，B错误；碳纳米管中六元环结构与石墨烯相同，可以看作是石墨烯片层卷曲而成，C正确；纳米管孔径较大，有很强的吸附作用，可以掺杂各种金属原子，体现特殊的催化活性，D正确。
10.D 四种原子序数依次增大的短周期主族元素， X、Y位于同一周期，基态Z原子中只有两种形状的电子云，最外层只有一种自旋状态的电子，结合W只形成了一条共价键，X形成4条共价键，Y形成两条共价键，由此可知，W为H，X为C，Y为O，Z为Na。碳的氢化物为烃，烃的状态有气态、液态、固态，氧的氢化物有H2O和H2O2，均为液体，因此碳的氢化物沸点不一定低于氧的氢化物沸点，A不正确；Na元素与O元素可以形成Na2O，也可以形成Na2O2，Na2O只含有离子键，Na2O2含有离子键和非极性共价键，B不正确；碳元素可以构成金刚石、石墨和C60等，金刚石属于共价晶体，石墨属于混合型晶体，C60属于分子晶体，氧气为分子晶体，金属钠为金属晶体，C不正确；超分子的重要特征为分子识别，该超分子反映了超分子“分子识别”的特性，D正确。
11.D 配位键是共价键的一种类型，是由一方提供空轨道，另一方提供孤电子对形成的共用电子对，故冠醚与碱金属离子之间的配位键属于共价键，A正确；由图可知，中心原子K＋周围形成了6个配位键，故其配位数为6，B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，故所得到的晶体里还有阴离子，C正确；由C项分析可知，该类配合物晶体是由阴、阳离子组成的，故属于离子晶体，D错误。
12.（1）3d74s2 （2）H＜C＜S＜O （3）sp2
（4）八面体 （5）30 （6）
解析：（1）Co为27号元素，原子核外有27个电子，价电子排布式为3d74s2。（2）据图可知组件A中含有C、H、O、S四种元素，C、O、S的氢化物中H元素均显正价，所以H的电负性最小，同周期自左至右元素的电负性逐渐增大，同主族自上而下元素的电负性逐渐减弱，所以电负性由小到大的顺序为H＜C＜S＜O。（3）组件B中的C原子为苯环中的C原子和碳氧双键中的C原子，均为sp2杂化。（4）据图可知Co原子周围有6个O原子，形成八面体，即Co原子位于相邻O原子构成的八面体空隙中。（5）根据组件A的结构简式可知其带4个单位负电荷，组件B不带电，一个PPC-2中含有6个A、8个B、6个C，所以PPC-2中n＝6×（－4）＋6×（－1）＝－30。（6）面心立方堆积中含有4个钌原子，则晶胞的质量为 g，晶胞参数为a pm，所以晶胞的体积为a3 pm3＝a3×10－30cm3，所以密度为 g·cm－3。
13.（1）小 b （2）碳纳米管直径越大，结冰温度越低
解析：（1）由（CH3）3NH＋和[AlCl4]－形成的离子液体，阴、阳离子间的作用力肯定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，属于无机物，一般不能用作复合材料；由阴、阳离子形成的离子液体，应该具有导热性，不可能用作绝热材料。（2）由题图可知，随着碳纳米管直径增大，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。
4 / 4第3节 液晶、纳米材料与超分子
课程 标准 1.了解液晶、纳米材料、超分子等不同物质聚集状态的结构特征及特殊性质。 2.初步了解这些聚集体具有的实际用途及作用
分点突破（一） 液晶
液晶的概念、结构及用途
概念 在一定的温度范围内既具有液体的 性，又具有晶体的 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 ，所以液晶在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类似晶体的
性质及 用途 液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关。在施加电压时，分子变成沿电场方向排列；而在移去电场之后，又恢复到原来的状态，所以液晶具有显示功能。故液晶可以制造电子手表、计算器、数字仪表、计算机显示器、电视显示屏等器材
1.1925年贝尔德在英国首次成功装配世界第一台电视机，短短几十年时间，电视机经历了从黑白到彩色，从手动到遥控，从平板电视机到液晶电视机的发展历程。下列关于液晶的叙述中，错误的是（ ）
A.液晶是物质的一种聚集状态
B.液晶具有流动性
C.液晶和液态是物质的同一种聚集状态
D.液晶具有各向异性
2.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.移去电压后，液晶分子恢复到原来状态
C.施加电场时，液晶分子恢复到原来状态
D.移去电场后，液晶分子沿电场方向排列
3.下列关于物质聚集状态的叙述，错误的是（ ）
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.固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱
D.液态物质的微粒间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
分点突破（二） 纳米材料
1.概念
三维空间尺寸至少有 处于纳米尺度的、具有特定功能的材料。
2.结构特点
纳米材料由直径为几或几十纳米的颗粒和 两部分组成。通常，纳米颗粒内部具有 ，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。
3.性能与用途
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。
（1）由纳米粒子构成的纳米陶瓷不仅保留了陶瓷硬度高、强度高的特点，其韧性和可加工性也显著增强，甚至具有金属一样的柔韧性。
（2）富勒烯（C60等球碳）、石墨烯（单层石墨片）和碳纳米管是纳米材料中的“明星”，因其独特性能而具有广阔的应用前景。
（3）碳纳米管不仅纤维长，而且具有强度高、韧性高的特点，其强度比同体积钢的强度高100倍，质量却只有钢的到，因而被称为“超级纤维”；此外，它还具有特殊的电学、热学、光学、储氢等性能。
（4）纳米材料的广泛应用促进了纳米技术的发展，而纳米技术的发展将会开创一个崭新的时代。例如，化学家已经合成出丰富多样的纳米机器，向化妆品中加入纳米颗粒可使化妆品具备防紫外线功能，在化纤布料中加入少量纳米颗粒可使化纤布料防静电，等等。
1.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
2.在10－9～10－7 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.纳米铜粒子大小介于1～100 nm
D.利用丁达尔现象可区别纳米铜和普通铜
3.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、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
分点突破（三） 超分子
1.概念
若 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，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 相结合，包括 、 、 以及一些分子与金属离子形成的 等。
3.冠醚
由于冠醚能与阳离子（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都带入有机溶剂，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。
4.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。
（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的分子材料。
5.液晶、纳米材料、超分子的比较
聚集 状态 液晶 纳米材料 超分子
含义 在一定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聚集状态 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 两个或者多个分子相互“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，这样的分子称为超分子
特征 折射率、磁化率、电导率均表现出各向异性，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 液晶显示器、电子表、计算器、数字仪表 化妆品、涂料、食品、化纤布料、隐形飞机 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.下列有关超分子的说法正确的是（ ）
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.超分子是由两个或两个以上分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体
2.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自组装
C.超分子就是高分子
D.图示中的超分子中的N原子采取sp2、sp3杂化
3.我国科学家发现“杯酚”能与C60形成超分子，从而识别C60和C70。下列说法正确的是（ ）
A.“杯酚”中的羟基之间不能形成氢键
B.“杯酚”与C60之间通过共价键形成超分子
C.溶剂氯仿和甲苯均为极性分子
D.“杯酚”不能与C70形成超分子是由于C70是非极性分子
1.化学与生活、科技、社会发展息息相关。下列有关说法正确的是（ ）
A.“嫦娥5号”带回的月壤中含3He，它与4He互为同素异形体
B.液晶纤维广泛应用于飞机、火箭、舰船等，液晶是液体和晶体的混合物
C.石墨烯中碳碳键的键能大于金刚石，是目前世界上最强韧的纳米材料
D.“天和”核心舱中使用的氮化硼陶瓷基复合材料属于高分子材料
2.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
3.纳米材料是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，使其常有奇特的光、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
4.科学家利用四种原子序数依次递增的短周期元素W、X、Y、Z“组合”成一种具有高效催化性能的超分子，其分子结构如图（实线代表共价键）。W、X、Z分别位于不同周期，Z是同周期中金属性最强的元素。下列说法正确的是（ ）
A.离子半径大小：Z＞Y B.图中表示其简单离子
C.元素W、X、Y组成的化合物可能是电解质 D.X与Y的氢化物稳定性：X＞Y
第3节 液晶、纳米材料与超分子
【基础知识·准落实】
分点突破（一）
师生互动
可流动 各向异性 有序的排列 各向异性
自主练习
1.C 液晶是介于液态和晶态之间的一种特殊的聚集状态，A正确；液晶是液态晶体的简称，具有液体的流动性，B正确；液晶是介于液态和晶态之间的一种特殊的聚集状态，C错误；液晶是液态晶体的简称，具有晶体的各向异性，D正确。
2.B 液晶是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特殊物质，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，所以液晶材料具有很重要的应用，B项正确。
3.A 物质除气、液、固三种聚集状态以外，还有其他的聚集状态，如液晶、纳米材料、超分子等。
分点突破（二）
师生互动
1.一维 2.颗粒间的界面 晶状结构
自主练习
1.A 纳米材料包括纳米颗粒和颗粒间的界面两部分，A项正确；纳米材料除微粒尺寸为纳米尺度外，还必须具有特定功能，B项错误；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，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，如金的熔点为1 064 ℃，但2 nm尺寸金的熔点仅为327 ℃左右，D项错误。
2.A 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，10－9～10－7 m范围即是 1～100 nm，C正确；在10－9～10－7 m范围内的纳米铜属于胶体，可以用丁达尔现象区别纳米铜和普通铜，D正确。
3.D 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项符合题意。
分点突破（三）
师生互动
1.两个 多个 聚集体 2.非共价键 氢键 静电作用 疏水作用 弱配位键
自主练习
1.D 超分子不同于蛋白质、淀粉等大分子，也不是由小分子通过聚合得到的高分子，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，D正确。
2.C 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，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自组装，例如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，B正确；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，超分子不同于高分子，C错误；图示中的超分子中的N原子有双键、有单键，则采取sp2、sp3杂化，D正确。
3.C 在“杯酚”中存在8个羟基，由于O原子半径小、元素的电负性大，因此羟基之间能形成氢键，A错误；“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，B错误；氯仿不是正四面体，属于极性分子，苯是完全对称的分子，属于非极性分子，甲苯相当于甲基取代了苯上的一个氢原子，甲苯属于极性分子，二者均为极性分子构成的物质，C正确；“杯酚”不能与C70形成超分子是由于C70不能与“杯酚”通过分子间作用力形成超分子，并非由于C70是非极性分子，D错误。
【教学效果·勤检测】
1.C 3He与4He为原子，两者互为同位素，A错误；液晶是一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态，B错误；石墨烯只有一层原子，键能大，是最强韧的纳米材料，C正确；氮化硼陶瓷基复合材料属于新型无机非金属材料，D错误。
2.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，B不正确。
3.A 题中涉及纳米材料这一新型材料，根据纳米粒子大小，判断出其粒子大小刚好处在胶体分散质粒子大小的范围内。
4.C 原子序数依次递增的W、X、Y、Z四种短周期元素，W、X、Z分别位于不同周期，则W为H，X、Z分别位于第2、第3周期；Z是同周期中金属性最强的元素，则Z为Na；分子结构中X形成4个共价键，位于ⅣA族，其原子序数小于Y，则X为C元素； Y形成2个共价键，位于第2周期ⅥA族，为O元素。半径比较一般先看层数，电子层数一样，核内质子数越少半径越大，由以上分析知，Y为O、Z为Na，离子的层数一样，O的核内质子数少，O2－半径大于Na＋半径，A错误；由以上分析知，Z为Na，简单离子为Na＋，B错误；由以上分析知，W为H、X为C、Y为O，可以形成H2CO3、CH3COOH等电解质，C正确；由以上分析可知，X为C、Y为O，形成的氢化物分别为CH4、H2O，非金属性越强，简单气态氢化物越稳定，非金属性：O＞C，H2O稳定性大于CH4，D错误。
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第3节 液晶、纳米材料与超分子
课
程 标
准 1.了解液晶、纳米材料、超分子等不同物质聚集状态的结构特
征及特殊性质。
2.初步了解这些聚集体具有的实际用途及作用
目 录
1、基础知识·准落实
3、学科素养·稳提升
2、教学效果·勤检测
基础知识·准落实
1
梳理归纳 高效学习
分点突破（一） 液晶
液晶的概念、结构及用途
概念 在一定的温度范围内既具有液体的 性，又具有晶体
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 ，
所以液晶在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类
似晶体的
可流动
各向异性
有序的排列
各向异性
性质
及 用途 液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关。在施加
电压时，分子变成沿电场方向排列；而在移去电场之后，又恢
复到原来的状态，所以液晶具有显示功能。故液晶可以制造电
子手表、计算器、数字仪表、计算机显示器、电视显示屏等器
材
1. 1925年贝尔德在英国首次成功装配世界第一台电视机，短短几十年
时间，电视机经历了从黑白到彩色，从手动到遥控，从平板电视机
到液晶电视机的发展历程。下列关于液晶的叙述中，错误的是
（ ）
A. 液晶是物质的一种聚集状态
B. 液晶具有流动性
C. 液晶和液态是物质的同一种聚集状态
D. 液晶具有各向异性
解析： 液晶是介于液态和晶态之间的一种特殊的聚集状态，A
正确；液晶是液态晶体的简称，具有液体的流动性，B正确；液晶
是介于液态和晶态之间的一种特殊的聚集状态，C错误；液晶是液
态晶体的简称，具有晶体的各向异性，D正确。
2. 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. 移去电压后，液晶分子恢复到原来状态
C. 施加电场时，液晶分子恢复到原来状态
D. 移去电场后，液晶分子沿电场方向排列
解析： 液晶是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特殊物质，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，所以液晶材料具有很重要的应用，B项正确。
3. 下列关于物质聚集状态的叙述，错误的是（ ）
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. 固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱
D. 液态物质的微粒间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
解析： 物质除气、液、固三种聚集状态以外，还有其他的聚集
状态，如液晶、纳米材料、超分子等。
分点突破（二） 纳米材料
1. 概念
三维空间尺寸至少有 处于纳米尺度的、具有特定功能
的材料。
一维
2. 结构特点
纳米材料由直径为几或几十纳米的颗粒和 两部分
组成。通常，纳米颗粒内部具有 ，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。
颗粒间的界面
晶状结构
3. 性能与用途
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。
（1）由纳米粒子构成的纳米陶瓷不仅保留了陶瓷硬度高、强度高
的特点，其韧性和可加工性也显著增强，甚至具有金属一样
的柔韧性。
（2）富勒烯（C60等球碳）、石墨烯（单层石墨片）和碳纳米
管是纳米材料中的“明星”，因其独特性能而具有广阔的
应用前景。
（3）碳纳米管不仅纤维长，而且具有强度高、韧性高的特点，其
强度比同体积钢的强度高100倍，质量却只有钢的 到 ，因
而被称为“超级纤维”；此外，它还具有特殊的电学、热
学、光学、储氢等性能。
（4）纳米材料的广泛应用促进了纳米技术的发展，而纳米技术的
发展将会开创一个崭新的时代。例如，化学家已经合成出丰
富多样的纳米机器，向化妆品中加入纳米颗粒可使化妆品具
备防紫外线功能，在化纤布料中加入少量纳米颗粒可使化纤
布料防静电，等等。
1. 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
解析： 纳米材料包括纳米颗粒和颗粒间的界面两部分，A项正
确；纳米材料除微粒尺寸为纳米尺度外，还必须具有特定功能，B
项错误；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，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，如金的熔点为1 064 ℃，但2 nm
尺寸金的熔点仅为327 ℃左右，D项错误。
2. 在10－9～10－7 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. 纳米铜粒子大小介于1～100 nm
D. 利用丁达尔现象可区别纳米铜和普通铜
解析： 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，10－9～10－7 m范
围即是 1～100 nm，C正确；在10－9～10－7 m范围内的纳米铜属于
胶体，可以用丁达尔现象区别纳米铜和普通铜，D正确。
3. 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 、
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
解析： 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项符合题意。
分点突破（三） 超分子
1. 概念
若 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，称为超分子。
两个
多个
聚集体
2. 形成超分子的作用力
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 等。
非共价键
氢
键
静电作用
疏水作用
弱配位键
3. 冠醚
由于冠醚能与阳离子（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都带
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。
4. 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。
（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
的分子材料。
5. 液晶、纳米材料、超分子的比较
聚集 状态 液晶 纳米材料 超分子
含义 在一定温度范
围内既具有液
体的可流动
性，又具有晶
体的各向异性
的聚集状态 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 两个或者多个分子相互
“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，这样
的分子称为超分子
聚集 状态 液晶 纳米材料 超分子
特征 折射率、磁化
率、电导率均
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 液晶显示器、
电子表、计算
器、数字仪表 化妆品、涂料、
食品、化纤布
料、隐形飞机 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. 下列有关超分子的说法正确的是（ ）
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. 超分子是由两个或两个以上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，也不是由小分子
通过聚合得到的高分子，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，D正确。
2. 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自组装
C. 超分子就是高分子
D. 图示中的超分子中的N原子采取sp2、sp3杂化
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，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自组装，例如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，B正
确；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，超分子不同于高分子，
C错误；图示中的超分子中的N原子有双键、有单键，则采取sp2、
sp3杂化，D正确。
3. 我国科学家发现“杯酚”能与C60形成超分子，从而识别C60和C70。
下列说法正确的是（ ）
A. “杯酚”中的羟基之间不能形成氢键
B. “杯酚”与C60之间通过共价键形成超分子
C. 溶剂氯仿和甲苯 均为极性分子
D. “杯酚”不能与C70形成超分子是由于C70是非极性分子
解析： 在“杯酚”中存在8个羟基，由于O原子半径小、元素的
电负性大，因此羟基之间能形成氢键，A错误；“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，B错
误；氯仿不是正四面体，属于极性分子，苯是完全对称的分子，属
于非极性分子，甲苯相当于甲基取代了苯上的一个氢原子，甲苯属
于极性分子，二者均为极性分子构成的物质，C正确；“杯酚”不
能与C70形成超分子是由于C70不能与“杯酚”通过分子间作用力形
成超分子，并非由于C70是非极性分子，D错误。
教学效果·勤检测
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强化技能 查缺补漏
1. 化学与生活、科技、社会发展息息相关。下列有关说法正确的是
（ ）
A. “嫦娥5号”带回的月壤中含3He，它与4He互为同素异形体
B. 液晶纤维广泛应用于飞机、火箭、舰船等，液晶是液体和晶体的
混合物
C. 石墨烯中碳碳键的键能大于金刚石，是目前世界上最强韧的纳米
材料
D. “天和”核心舱中使用的氮化硼陶瓷基复合材料属于高分子材料
解析： 3He与4He为原子，两者互为同位素，A错误；液晶是一
种兼有晶体和液体的部分性质的中间态，B错误；石墨烯只有一层
原子，键能大，是最强韧的纳米材料，C正确；氮化硼陶瓷基复合
材料属于新型无机非金属材料，D错误。
2. 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
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，B不正确。
3. 纳米材料是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，使其常有奇特的光、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
解析： 题中涉及纳米材料这一新型材料，根据纳米粒子大小，
判断出其粒子大小刚好处在胶体分散质粒子大小的范围内。
4. 科学家利用四种原子序数依次递增的短周期元素W、X、Y、Z“组
合”成一种具有高效催化性能的超分子，其分子结构如图（实线代
表共价键）。W、X、Z分别位于不同周期，Z是同周期中金属性最
强的元素。下列说法正确的是（ ）
A. 离子半径大小：Z＞Y
B. 图中 表示其简单离子
C. 元素W、X、Y组成的化合物可能是电解质
D. X与Y的氢化物稳定性：X＞Y
解析： 原子序数依次递增的W、X、Y、Z四种短周期元素，
W、X、Z分别位于不同周期，则W为H，X、Z分别位于第2、第3
周期；Z是同周期中金属性最强的元素，则Z为Na；分子结构中X
形成4个共价键，位于ⅣA族，其原子序数小于Y，则X为C元素；
Y形成2个共价键，位于第2周期ⅥA族，为O元素。半径比较一般
先看层数，电子层数一样，核内质子数越少半径越大，由以上分析
知，Y为O、Z为Na，离子的层数一样，O的核内质子数少，O2－半
径大于Na＋半径，A错误；由以上分析知，Z为Na，简单离子为Na
＋，B错误；由以上分析知，W为H、X为C、Y为O，可以形成H2CO3、CH3COOH等电解质，C正确；由以上分析可知，X为C、Y为O，形成的氢化物分别为CH4、H2O，非金属性越强，简单气态氢化物越稳定，非金属性：O＞C，H2O稳定性大于CH4，D错误。
学科素养·稳提升
3
内化知识 知能升华
1. 科学研究表明，物质有多种聚集状态。下列描述错误的是（ ）
A. 磁流体可用于磁性流体密封、声光仪器设备、磁性靶向药物等领
域
B. 超分子具有分子识别与自组装的特征
C. 液晶和液态是物质的两种不同聚集状态
D. 同一种金属元素构成的纳米材料与金属晶体具有完全相同的性质
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解析： 纳米材料实际上是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，包括纳米颗粒和颗粒间界面两部分。
同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体不可能具有完全相
同的性质，D错误。
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2. 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。12-冠-4与锂离子作用而不与钠离
子、钾离子作用；18-冠-6与钾离子作用（如图），还可与重氮盐
作用，但不与锂离子或钠离子作用。下列说法错误的是（ ）
A. 18-冠-6中C和O的杂化轨道类型相同
B. 18-冠-6与钾离子作用，不与锂离子或钠
离子作用，这反映了超分子的“分子识
别”的特征
C. 18-冠-6与钾离子作用反映了超分子的自组装的特征
D. 冠醚与碱金属离子作用的原理与其可作相转移催化剂的原理有关
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解析： 18-冠-6中C和O都是sp3杂化，A正确；18-冠-6与钾离子
作用，不与锂离子或钠离子作用，反映了超分子的“分子识别”的
特征，B正确，C错误；由于冠醚是皇冠状分子，可由不同大小的
空穴适配不同大小的碱金属阳离子，把无机物带入有机物中，它可
以作为相转移催化剂也是基于这个原理，D正确。
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3. 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
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解析： 分子组分之间原有作用被破坏，应在外力作用下驱动分
子机器，则需要对体系输入一定的能量，A项正确；分子状态的改
变没有发生化学变化，B项错误；由题给信息可以知道电子的得失
可形成分子机器，有电子得失的反应属于氧化还原反应，C项正
确；光照条件下可使分子吸收光子，D项正确。
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4. 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
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解析： A项，有机高分子化合物由一类相对分子质量很大的分
子聚集而成，且无固定的化学式，错误；B项，此物质由碳、氢、
氧、氮四种元素组成，正确；C项，由MBBA的化学式可知，碳、
氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶1∶1，错误；D项，MBBA物
质是由C18H21NO 分子构成的化合物，不含NO分子，错误。
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5. 下列说法错误的是（ ）
A. 纳米颗粒界面通常为无序结构，但内部具有晶状结构
B. 利用红外光谱实验可确定青蒿素分子中含有的部分基团
C. 超分子内部分子之间通过氢键、弱配位键等相结合
D. 电子表液晶显示器在施加电场时，液晶分子沿垂直于电场方向排列
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解析： 纳米颗粒是长程有序的晶状结构，界面却是长程无序和
短程无序的结构，所以纳米颗粒界面通常为无序结构，但内部具有
晶状结构，A正确；在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子
处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当，利用
红外光谱实验可确定青蒿素分子中含有的部分基团，B正确；超分
子内部分子之间通过氢键、弱配位键等相结合，C正确；电子表液
晶显示器在施加电场时，液晶分子沿电场方向排列，移去电场后，
液晶分子无序排列，D错误。
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6. 下列说法错误的是（ ）
A. 离子液体有难挥发的特点，常被用作有机合成的溶剂
B. 冠醚与碱金属离子通过离子键形成超分子
C. 等离子体是一种特殊的气体，由带电的阳离子、电子及电中性粒
子组成
D. 液晶既具有液体的流动性，又具有类似晶体的各向异性
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解析： 离子液体是指全部由离子组成的液体，有难挥发的特
点，常被用作有机合成的溶剂，A正确；冠醚与碱金属离子通过配
位键形成分子，配位键属于共价键，B错误；等离子体是由电子、
阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质聚集体，C
正确；液晶是介于晶态和液态之间的物质状态，既具有液体的流动
性，又具有类似晶体的各向异性，D正确。
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7. 下列叙述正确的是（ ）
A. 食盐粉碎后不再属于晶体
B. 液体与晶体混合物叫液晶
C. 超分子内部可以通过氢键结合
D. 最大维度处于纳米尺度的材料叫纳米材料
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解析： 食盐粉末是由细小食盐晶体组成，保持食盐晶体的结构
和性质特点，A不正确；液晶是既具有液体的流动性又具有晶体的
特性的物质，B不正确；超分子内部可以通过氢键、静电作用、疏
水作用等非共价键结合，C正确；纳米材料是指至少有一维为纳米
级尺度的材料，D不正确。
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8. 下列有关叙述不正确的是（ ）
A. 利用超分子的分子识别特征，可以分离C60和C70
B. 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
C. 可通过X射线衍射实验区分晶体、准晶体和非晶体
D. “硅—石墨烯—锗晶体管”为我国首创，单晶硅、锗、石墨烯均
为共价晶体
解析： 石墨烯主要成分为石墨，石墨晶体由碳原子构成、存在
共价键和分子间作用力，为混合型晶体，D错误。
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9. 碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有许多异常的力
学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深
入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。下列关于纳米管说法错
误的是（ ）
A. 具有导电、熔点高等特点
B. 碳纳米管是一种新型有机纳米材料
C. 碳纳米管可以由石墨烯在特定条件下卷曲而成
D. 纳米管孔径较大，可以掺杂各种金属原子，体现特
殊的催化活性
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解析： 碳纳米管上每个碳原子采取sp2杂化，相互之间以碳碳σ
键结合起来，所以熔点高，据图可知其碳纳米管的结构与石墨的片
层结构相似，可以导电，A正确；碳纳米管是一种碳单质，不是有
机物，B错误；碳纳米管中六元环结构与石墨烯相同，可以看作是
石墨烯片层卷曲而成，C正确；纳米管孔径较大，有很强的吸附作
用，可以掺杂各种金属原子，体现特殊的催化活性，D正确。
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10. 科学家利用四种原子序数依次增大的短周期主族元素W、X、Y、
Z“组合”成一种超分子，该超分子具有高效的催化性能，其分
子结构示意图如图（注：实线代表共价键，其他重复单元的W、
X未标注）。已知X、Y位于同一周期，基态Z原子中只有两种形
状的电子云，最外层只有一种自旋状态的电子，下列说法正确的
是（ ）
A. 氢化物的沸点：Y＞X
B. Y与Z形成的化合物中只含离子键
C. 由X、Y、Z形成的单质分别为共价晶体、分子晶
体和金属晶体
D. 该超分子反映了超分子“分子识别”的特性
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解析： 四种原子序数依次增大的短周期主族元素， X、Y
位于同一周期，基态Z原子中只有两种形状的电子云，最外层
只有一种自旋状态的电子，结合W只形成了一条共价键，X形
成4条共价键，Y形成两条共价键，由此可知，W为H，X为
C，Y为O，Z为Na。碳的氢化物为烃，烃的状态有气态、液
态、固态，氧的氢化物有H2O和H2O2，均为液体，因此碳的氢
化物沸点不一定低于氧的氢化物沸点，A不正确；Na元素与O
元素可以形成Na2O，也可以形成Na2O2，Na2O只含有离子
键，Na2O2含有离子键和非极性共价键，B不正确；
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碳元素可以构成金刚石、石墨和C60等，金刚石属于共价晶体，石
墨属于混合型晶体，C60属于分子晶体，氧气为分子晶体，金属钠
为金属晶体，C不正确；超分子的重要特征为分子识别，该超分子
反映了超分子“分子识别”的特性，D正确。
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11. 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。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. 冠醚与碱金属离子之间的配位键属于共价键
B. 中心原子K＋的配位数为6
C. 冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里还
有阴离子
D. 这类配合物晶体是分子晶体
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解析： 配位键是共价键的一种类型，是由一方提供空轨
道，另一方提供孤电子对形成的共用电子对，故冠醚与碱金属
离子之间的配位键属于共价键，A正确；由图可知，中心原子
K＋周围形成了6个配位键，故其配位数为6，B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，故所得到的晶体里还有阴离子，C正确；
由C项分析可知，该类配合物晶体是由阴、阳离子组成的，故
属于离子晶体，D错误。
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12. 超分子笼PPC-2封装钌（Ru）纳米颗粒形成一种高效催化剂。
PPC-2是由A、B、C三个组件拼装而成的正八面体超分子笼，结
构示意如图。
注：C组件中部分原子由其他邻近组件提供。
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（1）基态Co原子的价电子排布式为 。
解析： Co为27号元素，原子核外有27个电子，价电子
排布式为3d74s2。
3d74s2
（2）组件A中所含四种元素的电负性由小到大的顺序为
。
解析： 据图可知组件A中含有C、H、O、S四种元素，C、O、S的氢化物中H元素均显正价，所以H的电负性最小，同周期自左至右元素的电负性逐渐增大，同主族自上而下元素的电负性逐渐减弱，所以电负性由小到大的顺序为H＜C＜S＜O。
H＜C
＜S＜O
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（3）组件B中碳原子的杂化类型为 。
解析： 组件B中的C原子为苯环中的C原子和碳氧双键
中的C原子，均为sp2杂化。
（4）组件C中Co原子位于相邻O原子构成的 空隙中
（填“四面体”或“八面体”）。
解析： 据图可知Co原子周围有6个O原子，形成八面
体，即Co原子位于相邻O原子构成的八面体空隙中。
sp2
八面体
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（5）每个组件C带一个单位负电荷，综合各组件所带电荷，计算
PPC-2中n＝ 。
解析： 根据组件A的结构简式可知其带4个单位负电
荷，组件B不带电，一个PPC-2中含有6个A、8个B、6个C，
所以PPC-2中n＝6×（－4）＋6×（－1）＝－30。
30
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解析： 面心立方堆积中含有4个钌原子，则晶胞的质量
为 g，晶胞参数为a pm，所以晶胞的体积为a3 pm3＝
a3×10－30cm3，所以密度为 g·cm－3。
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13. （1）（CH3）3NH＋和[AlCl4]－可形成离子液体。离子液体由
阴、阳离子组成，熔点低于100 ℃，其挥发性一般比有机溶
剂 （填“大”或“小”），可用作 （填字母）。
a.助燃剂 b.“绿色”溶剂
c.复合材料 d.绝热材料
小
b
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解析： 由（CH3）3NH＋和[AlCl4]－形成的离子液体，
阴、阳离子间的作用力肯定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，属于无机物，一般不能用作复合材料；由
阴、阳离子形成的离子液体，应该具有导热性，不可能用作
绝热材料。
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（2）在纳米级的空间中，水的结冰温度是怎样的呢？为此，科学
家对不同直径碳纳米管中水的结冰温度进行分析。下图是四
种不同直径碳纳米管中的冰柱结构及结冰温度，冰柱的大小
取决于碳纳米管的直径。水在碳纳米管中结冰的规律是
。
碳
纳米管直径越大，结冰温度越低
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解析： 由题图可知，随着碳纳米管直径增大，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。
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感谢欣赏
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