鲁科版 (2019)选择性必修2第3节 液晶、纳米材料与超分子课时训练

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修2第3节 液晶、纳米材料与超分子课时训练，共7页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括7小题,每小题5分,共35分)
1.(2020·泰安高二检测)玻璃是常见的非晶体,在生产、生活中有着广泛的应用,有关玻璃的说法错误的是( )
A.玻璃内部微粒排列是长程无序和短程有序的
B.玻璃熔化时吸热,温度不断上升
C.光纤和玻璃的主要成分都可看成SiO2,二者都是非晶体
D.利用X射线衍射实验可以鉴别玻璃和水晶
【解析】选C。根据玻璃是非晶体知,构成玻璃的粒子的排列是长程无序和短程有序的,没有固定的熔点,A、B正确;区分晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验,D正确。
2.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.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C。由液晶的定义可知液晶是物质的一种聚集状态,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B、D都正确。
3.(2020·大连高二检测) 纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大,这是它具有许多特殊性质的原因。
假设某纳米颗粒的大小和形状恰好与某晶体晶胞的大小和形状(如图)相同,则这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分数为( )
A.87.5% B.88.9% C.96.3% D.100%
【解析】选B。表面粒子数占总粒子数的百分数为×100%=88.9%。
4.下列叙述正确的是( )
A.食盐粉末为非晶体
B.液体与晶体混合物叫液晶
C.超分子就是两个或多个分子“组合”在一起形成的具有特定结构和功能的聚集体
D.最大维度处于纳米尺度的材料叫纳米材料
【解析】选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,不是非晶体,故A项不正确;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;超分子就是两个或多个分子“组合”在一起形成的具有特定结构和功能的聚集体,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。
5.(2020·邢台高二检测)下列关于物质特殊聚集状态的叙述中,错误的是( )
A.在电场存在的情况下,液晶分子沿着电场方向有序排列
B.非晶体的内部原子或分子的排列杂乱无章
C.液晶最重要的用途是制造液晶显示器
D.由纳米粒子构成的纳米陶瓷有极高的硬度,但低温下不具有优良的延展性
【解析】选D。纳米粒子构成的纳米陶瓷在低温下具有良好的延展性。
6.(2020·福州高二检测)2016年诺贝尔化学奖授予在合成分子机器领域做出贡献的三位科学家。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
【解析】选B。需要对体系输入一定的能量,才能驱动分子机器,故A正确;分子状态的改变是物态变化,属于物理变化,故B错误;电子的得失是氧化还原反应的本质,则发生氧化还原反应时可刺激分子机器体系,故C正确;光照可使光能转化为机械能,即光照能使分子产生类似于机械运动的某种热运动,故D正确。
【补偿训练】
(2020·石家庄高二检测)下列说法符合科学性的是( )
A.我厂生产的食盐对人体有益,它是纳米材料,易吸收、易消化
B.我厂生产的食盐,处于液晶状态,是你日常生活中不可缺少的物质,它是非常纯净的非晶体
C.金的常规熔点约为1 064 ℃,而制成2 nm尺寸的金的熔点只有327 ℃左右,所以纳米金属于分子晶体
D.液晶是一种具有晶体性质的特殊物质,可用于制造显示器
【解析】选D。A、B是错误的,食盐易溶于水,溶解前处于什么状态与溶解、吸收无多大关系,只是溶解的快慢问题。通常食盐处于晶体状态,不是处于液晶状态。纳米材料不同于一般的晶体、非晶体,所以C也是错误的。
7.纳米是长度单位,1 nm等于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,可以在空气中燃烧。下列对“纳米铜”的有关叙述正确的是( )
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B。“纳米铜”能在空气中燃烧,说明比铜片活泼,即比铜片更易失电子,比铜片还原性强;铜片和“纳米铜”均为铜单质,故金属性相同。
二、非选择题(本题包括3小题,共35分)
8.(10分)(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 __。
【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。
答案:(1)小 b (2)碳纳米管直径越大,结冰温度越低
9.(10分)科学的进步离不开技术的突破。原子光谱核磁共振、X射线衍射、量子计算等技术的发展与应用都推进了结构的研究。如过渡元素原子结构、超分子结构、晶体结构、配合物结构研究等。胍鎓离子[C(NH2]可以与甲基磺酸根(CH3S)形成超分子晶体,其局部结构如图所示。
(1)组成该晶体的元素中电负性最大的是________,其中 S的杂化类型为________。
(2)元素C、N、S的简单氢化物在水中的溶解度从小到大的顺序为________,原因是__ __。
【解析】(1)电负性最大的元素为O元素,S形成了4个σ键,根据价层电子对互斥模型判断S为sp3杂化。
(2)水为极性溶剂,CH4为非极性分子,NH3、H2S均为极性分子,且NH3能与水形成氢键,再结合相似相溶原理可以判断C、N、S的简单氢化物在水中的溶解度从小到大为CH4 答案:(1)O sp3
(2)CH4 10.(15分)(2020·兰州高二检测)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M将2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键组装的超分子结构如图所示。
(1)M处于第五周期第ⅥB族,核外电子排布与Cr相似,它的基态价电子排布式是________;核外未成对电子数是________个。
(2)该超分子中存在的化学键类型有________。
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 __。
(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 __。
(6)已知:某晶胞中各原子的相对位置可用如图所示的原子坐标表示,其中所有顶点原子坐标均为(0,0,0)。
钼(M)的一种立方晶系的晶体结构中,每个晶胞有2个M原子,其中M原子坐标是(0,0,0)及(1/2,1/2,1/2)。已知该晶体的密度是ρ g·cm-3,M的摩尔质量是M g·ml-1,阿伏加德罗常数是NA,晶体中距离最近的M原子核之间的距离为________pm。
【解析】(1)Cr的基态价电子分布为3d54s1,而M与Cr同主族,但比Cr多了一周期,因而基态价电子排布为4d55s1,用轨道电子排布表示为,因而核外未成对的电子为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M形成配位键,因而答案选AB。
(3)CO作配体时是C作配位原子,氧把孤对电子给了碳,碳变成富电子中心,有提供电子对形成配位键的能力,p-甲酸丁酯吡啶中碳原子有形成双键,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。
(6)M的一种立方晶系的晶体结构中,以(0,0,0)M原子为中心,那么与之最近的M原子有8个,分别是(1/2,1/2,1/2),(-1/2,1/2,1/2),(1/2,-1/2,1/2)等等,先计算出立方的棱长,每个晶胞中含有2个M原子,晶胞体积V= cm3,所以立方棱长a== cm,最近的两个原子坐标为(0,0,0)和(1/2,1/2,1/2),根据比例关系,原子最近真实距离等于××1010 pm。
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,使共用电子对偏向F,使氧氢键较易断裂,因此酸性强于CH3COOH
(5)C60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
(6)××1010
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题8分,共16分)
11.(2020·赤峰高二检测) 拟晶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.Al65Cu23Fe12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 ml Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去277 ml电子
【解析】选A。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。Al65Cu23Fe12与海水构成原电池,会加速金属的腐蚀,因此不可用作长期浸泡在海水中的材料。1 ml Al65Cu23Fe12溶于过量的硝酸时共失去277 ml电子(因为硝酸过量,每个铁原子失去3个电子)。
12.我国科学家成功合成了3 nm长的管状定向碳纳米管,长度居世界之首。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、化学性质稳定性好的特点,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】选D。纳米材料有其独特的功能,一般飞机是用钢铁制造的,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。
二、非选择题(本题包括1小题,共14分)
13.(2020·济南高二检测)纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料、氢气等已应用到社会生活和高科技领域。
(1)A和B的单质单位质量的燃烧热大,可用作燃料。已知A和B为短周期元素,其原子的第一至第四电离能如下表所示:
某同学根据上述信息,推断B的轨道表示式如下图所示:
①该同学所画的轨道表示式违背了________。
②根据价层电子对互斥理论,预测A和氯元素形成的简单分子空间构型为________。
(2)氢气作为一种清洁能源,必须解决它的储存问题,C60可用作储氢材料。
①科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物,其晶胞如图所示,该物质在低温时是一种超导体。该物质的K原子和C60分子的个数比为____________。
②继C60后,科学家又合成了Si60、N60,C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是______________。
Si60分子中每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键,且每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构,则1个Si60分子中π键的数目为____________。
【解析】(1)①根据两原子的第一至第四电离能的变化可以判断出A为铍,B为镁,镁原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2,可见题给轨道表示式的电子排布违反了能量最低原理。②氯化铍分子中铍原子只形成2个共价键,根据价层电子对互斥理论,其分子的空间构型应该是直线形。(2)①根据所给晶胞,可以计算出属于该晶胞的K原子数和C60分子数分别为6、2,因此该物质的K原子和C60分子的个数比为3∶1。②根据C、Si、N原子在周期表中的位置关系和周期表中电负性的递变规律,可得C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是N>C>Si。由于Si60分子中每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构,并且每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键,每个硅原子跟相邻的3个硅原子必须形成3个σ键和1个π键(即2个共价单键、1个共价双键),每两个硅原子之间形成1个π键,因此1个Si60分子中共有30个π键。
答案:(1)①能量最低原理 ②直线形
(2)①3∶1 ②N>C>Si 30
电离能/
(kJ·ml-1)
I1
I2
I3
I4
A
932
1 821
15 390
21 771
B
738
1 451
7 733
10 540