2020-2021学年第3节 液晶、纳米材料与超分子课后作业题

液晶、纳米材料与超分子

(40分钟　70分)

一、选择题(本题包括8小题，每小题5分，共40分)

1．(双选)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．是一种液态晶体，主要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】选B、C。由液晶的定义可知液晶是物质的一种聚集状态，但不是晶体，B、C错误；这种在一定温度范围内存在的液体既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性，这种液体称为液态晶体，简称液晶，这是液晶的定义，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D正确。

2．(2020·潍坊高二检测)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。例如：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。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】选C。“纳米铜”因其表面积大，所以化学反应速率快，但基本化学性质没有变。

3．(2021·枣庄高二检测)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】选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，综上所述，故选D。

4．(2020·潍坊高二检测)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．施加电场时，液晶分子垂直于电场方向排列

B．移去电场后，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】选B。液晶的显示原理为施加电场时，液晶分子沿电场方向排列；移去电场后，液晶分子恢复到原来状态。

5．由于表面效应和体积效应，使纳米材料常有奇特的光、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．既不是微观粒子，也不是宏观物质，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】选A。题中涉及纳米材料这一新型材料，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，但纳米粒子大小刚好处在胶体分散质大小的范围内，因此同学们要结合胶体知识，并紧密联系题干中的有关知识分析讨论。

6．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纳米材料可提高材料的磁性

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，纳米材料三维空间尺寸必须都处于纳米级

A.①②③④⑤　B．②③④　C．②③④⑤　D．①②③④

【解析】选D。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，纳米材料的基本构成微粒的尺度只需至少一维处于纳米级。

7．(双选)下列叙述正确的是(　　)

A．食盐粉碎后仍属于晶体

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

【解析】选A、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，故A项正确；液晶是指外观为液态，但却有晶体的特性的物质，故B项不正确；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，故C项正确；纳米材料是指至少有一维为纳米级尺度的材料，故D项不正确。

8．(2020·日照高二检测)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

【解析】选B。A项，有机高分子化合物是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；B项，此物质由碳、氢、氧、氮四种元素组成；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；D项，MBBA物质是由C18H21NO分子构成的化合物。

二、非选择题(本题包括3小题，共30分)

9．(10分)除了传统的三大合成材料以外，又出现了高分子分离膜，具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料，医用高分子材料，隐形材料和液晶高分子材料等许多新型有机高分子材料。试根据下列用途判断新型有机高分子材料的种类。

(1)用于海水和苦咸水的淡化方面：____________。

(2)用于制造人工器官(如人工心脏)的材料：________________________。

(3)用于电脑配件：________________。

【解析】高分子分离膜和医用高分子材料是两种重要的功能高分子材料。其中高分子分离膜广泛用于生活污水及工业废水等废液处理及废液中有用成分的回收，特别是海水和苦咸水淡化方面已实现工业化；医用高分子材料中的硅聚合物或聚氨酯类聚合物等因其优异的生物相容性和很高的机械性能，可用来合成人工心脏。用于电脑配件的为液晶高分子材料。

答案：(1)高分子分离膜　(2)医用高分子材料　(3)液晶高分子材料

10．(10分)(2020·泰安高二检测)(1)(CH3)3NH＋和[AlCl4]－可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子构成，熔点低于100 ℃，其挥发性一般比有机溶剂______(填“大”或“小”)，可用作________(填代号)。

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。如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________________。

【解析】离子液体中的离子键的作用力要高于有机溶剂中分子间作用力，故挥发性小。

答案：(1)小　b　(2)纳米管直径越小结冰温度越高

11．(10分)(改编)科研人员模拟实验在20 ℃、1个大气压和其他一定的实验条件下，给水施加一个弱电场，水就可以结成冰，称为“热冰”。如图是水和“热冰”微观结构的计算机模拟图。

回答下列问题：

(1)以上信息体现了水分子具有________性，水分子中氧原子的杂化方式为____________。

(2)参照热冰的图示，以一个水分子为中心，画出水分子间最基本的连接方式(用结构式表示)。

(3)固体二氧化碳外形似冰，受热汽化无液体产生，俗称“干冰”。根据如图干冰的晶胞结构回答下列问题：

①一个晶胞中有________个二氧化碳分子，在二氧化碳分子中所含的化学键类型与数目是____________，在干冰中CO2的配位数是________。

②二氧化碳的分子构型为________，是________分子 (填“极性”或“非极性”)。

【解析】(1)水是极性分子，中心氧原子为sp3杂化。(3)CO2是直线形的非极性分子，结构式为O==C==O，双键包含一个σ键和一个π键；晶胞中CO2的数目＝×8＋×6＝4个。

答案：(1)极　sp3　(2)

(3)①4　2个σ键、2个π键　12　②直线形　非极性

(20分钟　30分)

一、选择题(本题包括2小题，每小题8分，共16分)

12．(2021·三明高二检测)下列说法正确的是(　　)

A．“超分子”是相对分子质量比高分子更大的分子

B．“液晶”是将普通晶体转化形成的液体

C．金属镁晶体中，1个Mg2＋只与2个价电子存在强烈的相互作用

D．石墨烯、碳纳米管虽然性能各异，本质上都是碳单质

【解析】选D。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，并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性，故A错误；液晶是指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物质，不是将普通晶体转化形成的液体，故B错误；金属晶体中有“电子气”，能导电，能导热等，金属晶体中的电子气属于整个晶体，故C错误；石墨烯、碳纳米管是碳元素的不同单质，具有各向异性，故D正确。

13．(双选)拟晶(quasicrystal)是一种具有凸多面体规则外形但不同于晶体的固态物质。Al65Cu23Fe12是目前发现的几百种拟晶之一，具有合金的某些优良物理性能。下列有关该拟晶的说法中错误的是 (　　)

A．Al65Cu23Fe12可用作长期浸泡在海水中的材料

B．Al65Cu23F12中三种金属的化合价均可视为零

C．Al65Cu23Fe12的硬度可能比金属Al、Cu、Fe都大

D．1 mol Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去265 mol电子

【解析】选A、D。根据题意，该拟晶具有合金的某些优良物理性能，因此其硬度可能比金属Al、Cu、Fe都大。但它是否可用做长期浸泡在海水中的材料与其化学性能即是否耐腐蚀有关。1 mol Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去277 mol电子(因为硝酸过量，每个铁原子失去3个电子)。

二、非选择题(本题包括1小题，共14分)

14．纳米技术日益受到各国科学家的关注。请回答下列问题：

(1)纳米分子筛中的A型沸石分子筛对小分子大分子具有很高的分离选择性能，可以实现极性分子、非极性分子和水、有机物等的分离。下列物质能用该分子筛分离的是(　　)

a．CO2、C2H4、BF3　　　  b．CH4、CCl4、SO3

c．H2O、H2S、NO       d．H2O2、CH3Cl、 PCl5

 (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。

【解析】a中CO2、C2H4、BF3都是非极性分子；B中CH4、CCl4、SO3都是非极性分子；C中H2O、H2S、NO都是极性分子；D中H2O2、CH3Cl为极性分子， PCl5为非极性分子，故d。

答案：(1) d　(2)①d　②碳　30