新教材2023版高中化学第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学案鲁科版选择性必修2

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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、纳米材料和超分子的结构特征及特殊性质。2．了解上述几类不同物质的实际应用。学法指导1.结合教材中的图示，了解其他聚集状态的物质(如液晶、纳米材料、超分子等)的结构及特殊性质。2．联系生产、生活及科技前沿知识，了解液晶、纳米材料、超分子的实际应用。必备知识·自主学习——新知全解一遍过知识点一液晶和纳米材料一、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。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。微点拨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。学思用1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)纳米材料属于胶体。(　　)(2)纳米材料有某些其他材料没有的特性。(　　)(3)液晶就是液态的晶体。(　　)(4)液晶可制造液晶显示器。(　　)2．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知识点二超分子1.定义若________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．结构超分子内部分子之间通过________结合，包括________、________、________以及一些分子与金属离子形成的________等。3．超分子的应用(1)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，成为有机反应中很好的催化剂。(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。学思用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．超分子是由两个或多个分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体关键能力·课堂探究——学科素养全通关提升点液晶、纳米材料与超分子的比较互动探究世界上最小的马达，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。问题1　该图是马达分子的什么模型？问题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？问题3　纳米材料属于胶体吗？问题4　超分子就是分子量比较大的分子吗？为什么？典例示范 [典例]　下列关于物质特殊聚集状态的叙述错误的是(　　)A．离子液体的基本构成微粒是阴、阳离子B．超分子内部分子之间可以通过非共价键结合C．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D．纳米材料包括纳米颗粒和颗粒间的界面两部分，两部分的排列都是有序的素养训练[训练]　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，其一氯代物有两种课 堂 总 结[知识导图][误区警示]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。随堂检测·强化落实——基础知能练到位1．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2．下列关于液晶的说法正确的是(　　)A．液晶是液体和晶体的混合物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)。由于纳米粒子的表面效应和体积效应，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．因纳米粒子直径太小，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．纳米粒子直径小，表面活性高4. 下列关于超分子材料的叙述错误的是(　　)A．DNA中的两条分子链之间通过氢键作用组合在一起B．高锰酸钾对烯烃的氧化效果差，加入冠醚能够快速的被氧化，是由于冠醚与金属离子形成超分子C．超分子之所以具有选择性是由于分子之间存在共价键D．利用超分子的选择性可以对物质进行识别和组装5．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”比铜片的氧化性强第3节　液晶、纳米材料与超分子必 备 知 识·自 主 学 习[知识点一]一、1．可流动　各向异　2．(1)折射率　磁化率　(2)有序　二、1．纳米2．晶状　无序　3．界面的原子　微米量级　毫米量级　4．(1)富勒烯　碳纳米管　(2)管状　中心轴　储氢[学思用]1．答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√2．解析：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。答案：A[知识点二]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[学思用]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。答案：D关 键 能 力·课 堂 探 究提升点[互动探究]提示1：图是马达分子的球棍模型。提示2：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。提示3：纳米材料既不属于晶体也不属于胶体。提示4：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。[典例]　解析：离子液体一般由有机阳离子和无机阴离子构成，A项正确；超分子内部分子之间通过非共价键相结合，如氢键、静电作用等，B项正确；液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，使液晶在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类似晶体的各向异性，C项正确；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，D项错误。答案：D[训练]　解析：物质①石墨炔、③富勒烯是碳的同素异形体不属于烃，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。答案：C随 堂 检 测·强 化 落 实1．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。答案：A2．解析：液晶有液体的流动性与晶体的各向异性，故A错误；液晶既不同于晶体又不同于非晶体，故B错误；液晶在特定条件下如外加电场作用下排列整齐，一旦取消电场又恢复原状，所以液晶不稳定，故C正确；人们熟悉的物质状态(又称相)为气、液、固，较为生疏的是液晶，所以并不是所有物质都具有液晶态，故D错误。答案：C3．解析：根据题干中纳米粒子的直径大小，判断出其直径范围刚好与胶体的分散质微粒直径范围相同，故能将其制成胶体，A项错误。答案：A4．解析：超分子的内部分子之间通过非共价键相结合。答案：C5．解析：“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。答案：C聚集状态液晶纳米材料超分子定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由直径为几或几十纳米的颗粒(内部具有晶状结构，原子排列有序)和颗粒间的界面(无序结构)两部分组成的材料两个或多个分子“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体特征折射率、磁化率、电导率等均表现出各向异性，液晶显示的驱动电压低、功率小粒子很小、界面原子比例较高，使纳米材料在光、声、电、磁、热、力、化学反应等方面具有特性与阳离子作用，随环的大小不同而与不同金属离子作用，将阳离子带入有机溶剂，成为有机反应的催化剂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、隐形飞机进行分子识别、分子组装，促进超分子化学研究的发展