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    2020-2021学年第3节 液晶、纳米材料与超分子课文内容ppt课件

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    这是一份2020-2021学年第3节 液晶、纳米材料与超分子课文内容ppt课件,共39页。PPT课件主要包含了必备知识·素养奠基,可流动,各向异,折射率,磁化率,界面的原子,微米量级,毫米量级,富勒烯,碳纳米管等内容,欢迎下载使用。

    一、液晶1.定义在一定的温度范围内既具有液体的_______性,又具有晶体的_______性的物质称液晶。2.性质及原因(1)性质:液晶在_______、_______、电导率等宏观性质方面表现各向异性。(2)原因:液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出_____的排列。
    【巧判断】(1)液晶是晶体。(  )提示:×。液晶是不同于晶体的一类物质的聚集状态,它既具有液体的可流动性,又具有晶体的各向异性。(2)液晶是液态的晶体。(  )提示:×。液晶不是液态的晶体,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)而已。液晶的性质受温度、压力、外加电场等外界因素的影响。
    二、纳米材料1.结构:纳米材料由直径为几或几十_____的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。2.性质:纳米颗粒内部具有_____结构,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。3.应用:纳米材料的颗粒很小和处于___________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_________或_________的结构颗粒构成的材料。
    4.“明星”纳米材料(1)家族:_______(C60等球碳)、石墨烯(单层石墨片)和_________。(2)碳纳米管:①结构:_____结构,由石墨片围绕_______按照一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空“微管”。②特性:纤维长、强度高、韧性高③性能:具有特殊的电学、热学、光学、_____等性能。
    【情境·思考】21世纪的新领域纳米技术正日益受到各国科学家的关注,2000年时任美国总统的克林顿宣布了国家纳米倡议,并于2001年财政年度增加科技支出26亿美元,其中5亿给纳米技术。
    (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至100纳米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:纳米是长度单位,1 nm=10-9 m,它与胶体的粒子大小一致。
    三、超分子1.概念: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。2.结构:内部分子之间通过非共价键结合,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。3.冠醚及其作用与阳离子作用,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,成为有机反应的催化剂。4.应用:进行分子识别、分子组装,促进超分子化学研究的发展。
    【微思考】超分子化学的研究有什么重要作用?提示:在分子水平上进行设计,有序组装甚至复制出一些新型的分子材料。
    知识点 液晶、纳米材料以及超分子的比较【重点释疑】
    【关键提醒】(1)液晶既具有液体的可流动性,又具有像晶体那样的各向异性,在折射率、磁化率、电导率等方面具有宏观物体的性质。(2)纳米材料具有良好的物理、化学性质。纳米材料在光、声、电、磁、热、力、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。
    【思考·讨论】(1)纳米材料属于胶体吗?提示:纳米材料既不属于晶体也不属于胶体。(2)超分子就是分子量比较大的分子吗?为什么?提示:不是。超分子是两个或多个分子“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体,而非分子量很大的分子。
    【案例示范】【典例】(2020·南京高二检测)水的状态除了气态、液态和固态外,还有玻璃态,它是由液态水急速冷却到165 K时形成的,玻璃态的水无固定形状,不存在晶体结构,且密度与普通液态水的密度相同,有关玻璃态水的叙述正确的是(  )A.水由液态变为玻璃态,体积缩小B.水由液态变为玻璃态,体积膨胀C.玻璃态是水的一种特殊状态D.玻璃态水是分子晶体
    【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)注意题目中的隐含条件;(2)晶体的判断方法。【解析】选C。玻璃态水的密度与普通液态水的密度相同,水由液态变为玻璃态,质量不变,所以体积不变,故A、B错误;由“水的状态除了气态、液态和固态外,还有玻璃态”可知,玻璃态是水的一种特殊状态,故C正确;玻璃态的水无固定形状,不存在晶体结构,不是分子晶体,故D错误。
    【规律方法】晶体和非晶体的判断并非根据外观判断,要根据晶体的特征进行判断。如:玻璃、石蜡、沥青等非晶体物质内部微粒的排列是长程无序和短程有序,所以它们没有晶体结构所具有的对称性、各向异性和自范性。
    【迁移·应用】1.(2020·防城港高二检测)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】选A。纳米材料是指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,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。
    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】选B。液晶的显示原理为施加电压时,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。
    【素养提升】世界上最小的马达,只有千万分之一个蚊子那么大,如图,这种分子马达将来可用于消除体内垃圾。
    (1)该图是马达分子的什么模型?提示:图是马达分子的球棍模型。(2)该分子中含有的组成环的原子是何种元素的原子?分子中共有多少个该原子?提示:该分子中组成环的原子是碳原子,根据分子结构可知,该分子中含有30个碳原子。
    1.(2020·滨州高二检测)下列关于物质聚集状态的叙述中,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得较紧凑,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】选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、非晶体、等离子体。
    2.(2020·连云港高二检测) 下列说法不正确的是(  )A.晶体具有固定的熔、沸点,而非晶体没有固定的熔、沸点B.晶体与非晶体具有相同的性质C.部分电子表、电脑的显示器是由液晶材料制成的D.等离子体是一种很好的导电体,在信息产业等领域有非常好的应用前景【解析】选B。晶体与非晶体内部结构不同,故表现的性质不同。
    3.(2020·泉州高二检测)我国科学家制得了SiO2超分子纳米管,微观结构如图所示。下列叙述正确的是(  )A.SiO2与干冰的晶体结构相似B.SiO2耐腐蚀,不与任何酸反应C.工业上用SiO2制备粗硅D.光纤主要成分是SiO2,具有导电性
    【解析】选C。SiO2是共价晶体而干冰是分子晶体,结构不相似,选项A错误;SiO2耐腐蚀,但可与氢氟酸反应,选项B错误;工业上用SiO2与焦炭反应生成一氧化碳和粗硅,选项C正确;光纤主要成分是SiO2,晶体硅具有导电性,而二氧化硅不导电,选项D错误。
    4.(2020·厦门高二检测) 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A.①②③④⑤       B.②③④C.②③④⑤D.①②③④
    【解析】选A。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。
    5.石墨炔是继富勒烯、碳纳米管、石墨烯之后一种新的全碳纳米结构材料,其独特的结构有利于锂离子在面内和面外的扩散和传输。下列有关物质①-④的说法正确的是(  )
    A.物质①、③均能发生加成反应,是不饱和烃B.物质②主要由呈六边形排列的碳原子构成,没有导电性C.物质①有望成为一种新的导电材料D.物质④的分子式为C10H14 ,性质稳定,其一氯代物有两种
    【解析】选C。物质①石墨炔、③富勒烯是碳的同素异形体不属烃,故A错;物质②为碳纳米管,是由碳原子构成的六边形结构,和碳的性质相同,具有导电性,故B错;物质①为石墨炔,有望成为一种新的导电材料是正确的,故C对;物质④的分子式为C10H16 ,性质稳定,其一氯代物有两种,故D错。
    6.碳纳米管,又称为巴基管,主要是由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离,约为0.34 nm,直径一般为2~20 nm。碳纳米管不总是笔直的,而是局部区域出现凹凸现象,这是由于在六边形编织过程中出现了五边形和七边形。除六边形外,五边形和七边形在碳纳米管中也扮演着重要角色。当六边形逐渐延伸出现五边形时,由于张力的关系而导致碳纳米管凸出。如果五边形正好出现在碳纳米管的顶端,即形成碳纳米管的封口。当出现七边形时,纳米管则凹进。
    根据以上材料回答下列问题:(1)巴基管有望作为一种“纳米”导线,这是基于它的结构与________的结构有相似的地方。 (2)科学研究表明,巴基管具有很强的吸氢能力,这是因为其具有__________________。 (3)如果某巴基管是均匀的圆管,则其应该是由________边形构成。 
    【解析】(1)根据信息可以看出,巴基管的结构与石墨相似,故性质上也应具有导电性。(2)具有吸附性的物质其结构特点一般是多孔性,比表面积很大,根据巴基管的结构特点不难得出其具有很大的比表面积。(3)因为五边形可以使碳纳米管凸出、七边形会导致凹进,故均匀的巴基管应由六边形构成。答案:(1)石墨 (2)很大的比表面积 (3)六
    7.(2018·河南高二检测)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。(1)过渡元素Cr原子的基态电子排布式为________,Cr 的核外电子由激发态跃迁至基态时产生的光谱是________(填“吸收”或“发射”)光谱。 
    (2)①将氨气通入CuSO4溶液中,产生蓝色沉淀,继续通过量氨气,沉淀溶解,得到蓝色透明溶液。该过程中微粒的变化是[Cu(H2O)4]2+→Cu(OH)2→[Cu(NH3)4]2+。[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+中共同含有的化学键类型有________。 ②已知:Al 在溶液中可稳定存在,CaF2难溶于水,但可溶于含Al3+的溶液中,原因是__________________________________________(用离子方程式表示)。 
    (3)近年研究人员通过量子化学计算预测并合成了化合物Na2He,经X射线衍射分析其晶胞结构如图所示。
    ①晶胞中Na堆积形成________(填形状)空间结构,He占据一半空隙,另一半由e-占据。已知Na2He晶体不能导电,理由是__。 ②已知晶胞边长为a nm,晶胞中Na的半径为b nm,则He的半径为________nm(列出计算式即可)。 
    【解析】(1)过渡元素Cr原子的基态电子排布式为[Ar]3d54s1(或1s22s22p63s23p63d54s1),Cr的核外电子由激发态跃迁至基态时产生的光谱是发射光谱;(2)① 水分子或氨气分子中都存在极性键,Cu原子和水分子或氨气分子之间存在配位键,所以[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+中都含有配位键,极性键;②CaF2难溶于水,但可溶于含Al3+的溶液中,因为在溶液中F-与Al3+能形成很难电离的配离子 ,使CaF2的溶解平衡正移,其反应的离子方程式为3CaF2+Al3+====3Ca2++ 。
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