高中化学鲁科版（2019）选择性必修2　液晶、纳米材料与超分子课件（31张）

第3节液晶、纳米材料与超分子课前自主学习学习任务液晶、纳米材料与超分子任务驱动:显示屏里究竟是什么物质在显示字符?它为什么具有显示功能?你能从液晶、纳米材料与超分子的名称中,想象出微粒在这些物质中的聚集方式有什么特点吗?1.液晶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【想一想】液晶是液态的晶体吗?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。2.纳米材料定义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组成直径为_____________的颗粒和颗粒界面特点纳米颗粒内部具有_________,界面则是_________性质形成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态,既不同于微观粒子,又不同于宏观物体一维几或几十纳米晶状结构无序结构【想一想】(1)纳米科学与技术是研究结构尺寸在1～100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:纳米与胶体的粒子大小一致。(2)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。(3)纳米材料有什么特性?提示:粒子细化、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。3.超分子定义通常是指由两个或两个以上分子相互“组合”在一起,形成具有特定结构和功能的聚集体。形成超分子内部分子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。【连一连】将下列物质和用途对应连接。A金刚石(1)用作导线B金属铜(2)显示器C液晶(3)吸光材料D非晶体硅(4)钻磨材料答案:A-(4)

B-(1)

C-(2)

D-(3)课堂合作探究探究任务物质的三种其他聚集状态比较【科技情境】液晶显示材料具有明显的优点:驱动电压低、功耗微小、显示信息量大、彩色显示、便于携带等。由于这些优点,用液晶材料制成的计算机终端和电视可以大幅度减小体积等。

【问题探究】1.为什么液晶具有显示功能?提示:液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列有关,在施加电压时,液晶分子能够沿电场方向有序排列,而在移去电场之后,液晶分子又恢复到原来的状态。2.为什么纳米材料在声、光、电、磁、化学反应等方面表现出特异性能?提示:因为组成纳米材料的晶状颗粒内部的有序原子和晶粒界面的无序原子各约占原子总数的50%,使纳米材料的粒子细化和界面原子比例较高,从而使纳米材料有独特的性质。3.超分子有哪些应用及前景?提示:可以模拟生物系统,在分子水平上进行分子设计,有序组装甚至复制出新型的分子材料,如具有分子识别能力的高效专业的新型催化剂,有效的新型药物,集成度高、体积小、功能强的分子器件,生物传感器以及很多具有光、电、磁、声、热等特性的功能材料等。超分子化学的发展不仅与大环化学(冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃、碳60等)的发展密切相连,而且与分子自组装(双分子膜、胶束、DNA双螺旋等)、分子器件和新兴有机材料的研究息息相关。【探究总结】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由两个或两个以上分子相互“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、声、电、磁、热、力、化学反应等方面具有特性分子组装体,分子层次之上的分子,保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性液晶纳米材料超分子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、隐形飞机有分子识别能力的高效专业的新型催化剂,新型药物、分子器件,生物传感器等【探究训练】1.(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165K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。2.(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;由于纳米材料的粒子细化和界面原子所占比例较高,使得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。1.(双选)从1972年第一只使用液晶显示器的手表诞生,到1989年第一台液晶显示器的笔记本计算机发明,短短的10多年间,液晶技术不断完善发展。关于液晶,下列说法中正确的有(

)A.液晶是一种晶体B.液晶分子的空间排列是稳定的,具有各向异性C.液晶的化学性质与温度变化有关D.液晶的光学性质随外加电压的变化而变化课堂素养达标【解析】选C、D。液晶的微观结构介于晶体和液体之间,虽然液晶分子在特定方向的排列比较整齐,且具有各向异性,但分子的排列是不稳定的,选项A、B错误;外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化,从而改变液晶的某些性质。温度、压力、外加电压等因素变化时,都会改变液晶的光学性质,选项C、D正确。2.碳纳米管可以看作是石墨烯片层卷曲而成。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.碳纤维复合材料不易导电【解析】选D。纳米材料有其独特的功能,我们都知道:一般飞机是用铝合金及钢制造的,由于碳纤维的“强度高、刚度高、密度小”,它也可以作为制造飞机的理想材料;碳纤维复合材料其主要组成元素是碳,但由于合成的是纳米级材料,也可类似于石墨结构,存在着自由电子。3.(2020·日照高二检测)下列关于纳米技术的叙述不正确的是(

)A.将“纳米材料”均匀分散到液体分散剂中可制得液溶胶B.用纳米级金属颗粒粉剂作催化剂可加快反应速率,提高反应物的平衡转化率C.用纳米颗粒粉剂做成火箭的固体燃料将有更大的推动力D.银器能抑菌、杀菌,纳米银微粒植入内衣织物中,有奇异的抑菌、杀菌效果【解析】选B。纳米材料的直径在1～100nm范围内,与胶体微粒直径范围相同,A正确;催化剂可加快化学反应的速率,但不能使化学平衡发生移动,B不正确;与块状固体相比,纳米颗粒直径小,表面积大,因而化学反应的速率快,所以短时间内可产生更大推动力,C正确;银为重金属,重金属离子,可使蛋白质变性,故有杀菌作用,D正确。4.纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(1～100nm)或由它们作为基本单元构成的材料,其研究成果广泛应用于催化及军事科学中。将纳米材料分散到液体分散剂中,所得混合物可能具有的性质是(

)A.能全部透过半透膜B.有丁达尔现象C.所得液体不可以全部透过滤纸D.所得物质一定是溶液【解析】选B。纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料,其微粒直径范围和胶体微粒的直径大小一致,故其分散系应为胶体,应具备胶体的性质。5.(2020·菏泽高二检测)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表所示:I1I2I3I4A93218211539021771B7381451773310540某同学根据上述信息,推断B的轨道表示式如图所示: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已知金刚石中的C—C的键长为154.45pm,C60中C—C键长为140～145pm,有同学据此认为C60的熔点高于金刚石,你认为是否正确并阐述理由_______________。

②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__________。③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Si60分子中π键的数目为_________。S【解析】(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;氯化铍分子中铍原子只形成2个共价键,根据价电子对互斥理论,其分子的空间构型应该是直线形。(2)C60的熔点应该低于金刚石,因为C60属于分子晶体,分子间只存在范德华力,而金刚石是共价晶体,原子间以牢固的共价键结合。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。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个硅原子必需形成3个σ键和1个π键(即2个共价单键、1个共价双键,共4个键),每两个硅原子之间形成1个π键,因此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)①不正确,C60的熔点应该低于金刚石。因为C60属于分子晶体,而金刚石是共价晶体②3∶1③N>C>Si

30【补偿训练】北京大学和中国科学院的化学工作者成功研制出碱金属与C60形成的球碳盐K3C60(如图所示)。实验测知该物质属于离子晶体,具有良好的超导性。回答下列回答:(1)K3C60晶体中含有的化学键类型有____________。

(2)熔点比较