鲁科版选修3 物质的其他聚集状态 学案3.doc

第4节 物质的其他聚集状态名师导航知识梳理一、非晶体 从结构的观点出发,物质的状态可分为_、_、_三种聚集态。在固体时又分为_和_，它们的最大区别在于_。把晶体中的任意一个微粒沿某个方向平移一定距离，必能找到_。而_、_、_等物质内部微粒的排列则是长程_和短程_。二、液晶 这种在一定温度范围内存在的液体既具有液体的_，又具有像晶体那样的_，于是人们形象地称这种液体为液态晶体，简称为液晶。液晶在_、_、_等宏观性质方面之所以表现出类似晶体的各向异性，是因为_。在施加电压时，液晶分子能够沿_，而在移去电场之后，液晶分子_，这就是电子手表和笔记本电脑数字或图像得以显示的原因。三、纳米材料 纳米材料实际上是指_具有特定功能的材料。纳米材料在光、声、电、磁、热、力、化学反应等方面完全_由微米级或毫米级的结构颗粒构成的材料，例如，纳米陶瓷有_，并在低温下显示出良好的_，纳米金属则成为_，且各种纳米金属颗粒几乎都是_，据此纳米金属材料可制作_的雷达吸收材料。四、等离子体 等离子体是指_，因为等离子体中正、负电荷大致相等，总体来看等离子体呈_，可通过_、_、_、_等手段使气体转化为等离子体。等离子体中的微粒带有_，而且能_，使等离子体有很好的导电性，加之有很高的_和_，所以等离子体用途十分广泛，例如：_。疑难突破 金的常规熔点为1 064 ，但2 nm尺寸金的熔点仅为327 左右；优良的金属导体在尺寸减少到几纳米时就成了绝缘体且各种金属纳米颗粒几乎都是黑色。这是为什么？剖析：组成纳米材料的晶状颗粒内部的有序原子与晶粒界面的无序原子各约占原子总数的50%，从而形成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。在纳米晶粒中表面活性原子占总原子数的比例非常大，使其表面能大大增加，熔化时所需能量减少，熔点降低，因此纳米金的熔点远低于金的常规熔点。在金属纳米粒子中电子的数量是有限的，因而能带是不连续的，造成了光吸收等异常物性，因此各种金属纳米颗粒几乎都是黑色，随着粒子的微细化，金属超导临界温度tc逐渐提高，这样优良的金属导体在尺寸减少到几纳米时就成了绝缘体。问题探究问题：图3-29是“晶体和非晶体导热性能实验仪”（是放置云母片或玻璃片的嵌缝，为去掉尖头的15w平直电烙铁，为实验仪的底座，为烙铁固定架）。把云母片插入处嵌缝中，蜡层朝上，蜡层的反面紧贴烙铁直头，将烙铁接通电源30 s后断电，云母片蜡层上形成透明椭圆蜡斑；接着取下云母片，换上玻璃片，经过同样的操作程序，玻璃片上蜡层形成透明圆形蜡斑。图3-29 请你对上述实验现象做出合理的解释。探究：云母晶体内部原子的排列十分规整严格，在空间按一定规律周期性重复排列而表现出长程有序，因此在进行导热性实验时在不同的方向上导热性能不同，表现出各向异性。玻璃属于非晶体，其内部原子的排列则是杂乱无章，长程无序，短程有序，因此在各个方向上的导热性能相同，表现出各向同性。典题精讲【例1】纳米材料是21世纪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1100 nm的超细粒子（1 nm=10-9 m）。由于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，有关纳米粒子的叙述不正确的是（ ）a.因纳米粒子半径太小，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，表面活性高思路解析：题中涉及纳米材料这一新型材料，根据纳米粒子微粒大小，判断出其分散质粒子大小刚好处在胶体分散质大小的范围内。因此我们要结合胶体知识，并紧密联系题干中的有关知识，分析讨论。答案：a【例2】 前不久我国科学家成功合成了3 nm长的管状纳米管，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1/4），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思路解析：纳米材料有其独特的功能，我们都知道：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”，它也可以作为制造飞机的理想材料；碳纤维复合材料其主要元素是碳，但由于合成的是纳米级材料，碳原子最外层有4个电子，也可以类似于石墨结构，存在着自由电子。答案：d知识导学 材料科学的发展直接制约着科技的进步，研究物质的一些特定的聚集状态是开发新材料的一种重要途径。在学习本节内容时，要分别从结构、性能和用途等方面研究非晶体、液晶、纳米材料和等离子体等物质的聚集状态，深化对物质聚集状态的认识。 非晶体与晶体的本质区别在于内部微粒在空间是否按一定规律做周期性重复排列，但是要了解固体除了晶体和非晶体之外，还存在准晶体。 液晶可分为近晶型液晶、向列型液晶、胆甾型液晶。 近晶型液晶的分子排列比较整齐，近似于晶体，这种液晶黏度较大，流动性较差。 向列型液晶的分子作交错平行排列，这种液晶黏度较低，流动性较好。 胆甾型液晶分子也作层状，但是与前两者有所不同。 从纳米材料的结构特征来看，纳米固体具有与晶态、非晶态和原子簇等不同的物理化学特性。这些特性来源于两个方面，即表面效应与体积效应。 纳米材料既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。 产生等离子体的方法和途径多种多样，涉及许多微观过程、物理效应和实验方法。其中，宇宙天体及地球上层大气的电离层属于自然界产生的等离子体。在化学领域常用的产生等离子体的方法主要有以下几种：（1）气体放电法，（2）光电离法和激光辐射电离，（3）射线辐照法，（4）燃烧法，（5）冲击波法。 等离子体是继固体、液体、气体之后物质的第四种聚集状态。气体放电是产生等离子体的一种常见形式，气体放电实现的方式可以千差万别，但产生放电的基本过程是利用外（电）场加速电子使之碰撞中性原子（分子）来电离气体。疑难导析 对于纳米材料所具有的特殊性质，应从纳米材料所具有的结构进行分析。 要知道纳米材料是否由直径为几个或几十个纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。 要清楚纳米颗粒与界面的不同：纳米颗粒是否是长程有序的晶体结构，界面是否是既不长程有序，也不短程有序的无序结构。 与普通的金属、陶瓷和其他固体材料一样，纳米材料也是由原子构成的，这些原子是否排列成了纳米量级的原子团，由分析纳米材料的粒子细化和界面原子比例的高低，从而可说明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的性质。问题导思 由实验探究物质性质的差异应遵循以下思路： 分析实验现象得出物质性质的差别。由云母片实验时形成椭圆蜡斑，玻璃片形成圆形蜡斑可以推断云母片在不同的方向上导热性能不同，从而说明是否表现出各向异性；由玻璃片在各个方向上导热性能相同，从而说明是否表现出各向同性。 从结构上分析物质性质存在差异的原因。云母片和玻璃片性质上存在差异的根本原因可从内部原子的排列推断：要清楚前者内部原子的排列是否规整严格，后者内部原子的排列是否杂乱无章。 推广到结构相似的物质。云母是否属于晶体而玻璃是否属于非晶体，由此可说明晶体具有各向异性而非晶体具有各向同性。典题导考绿色通道：解答关于特殊聚集状态物质的题目关键是熟悉各聚集状态物质的结构、典型性质以及应用。【典题变式1】 下列关于物质特殊聚集状态结构的叙述中，错误的是（ ）a.等离子体的基本构成微粒是带电的离子和电子及不带电的分子或原子b.非晶体基本构成微粒的排列是长程无序和短程有序的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与颗粒间的界面两部分，两部分都是长程有序答案：d绿色通道：当物质达到纳米尺度以后，大约是在1100 nm这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特