2024-2025学年新教材高中化学第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课件鲁科版选择性必修2

第3章不同聚集状态的物质与性质第3节液晶、纳米材料与超分子素养目标学习要点1.了解物质除有三种基本的聚集状态外,还有液晶、纳米材料、超分子等其他聚集状态。通过认识不同状态物质的重要应用,认识化学技术与社会之间的相互关系,感知科学态度与社会责任的化学核心素养。2.通过掌握液晶、纳米材料和超分子的结构与性质的关系。探析物质结构对性质的影响,形成宏观辨识与微观探析的化学核心素养。两概念:液晶、超分子三结构:液晶结构、纳米材料结构、超分子结构三用途:液晶、纳米材料、超分子用途知识点一液晶基础落实•必备知识全过关知识点一液晶1.概念在一定的温度范围内既具有液体的

性,又具有类似晶体的

的物质。

2.结构液晶内部分子的排列沿

方向呈现出有序的排列。

3.性质在

、

、

等宏观性质方面表现出类似晶体的

。

可流动各向异性分子长轴折射率磁化率电导率各向异性4.用途制造

。液晶的显示功能与液晶材料

密切相关。在没有外加电场时,液晶分子呈逐层扭转的螺旋形排列;在施加电压时,液晶分子变成沿

;而在移去电场之后,液晶分子

。

名师点拨液晶并非晶体,但是由于液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列,故分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质。液晶显示器内部分子的排列电场方向排列又恢复到原来的状态深度思考液晶主要由哪些化学物质组成?提示

液晶由具有特殊形状分子的物质组成,大多数液晶都属于有机复合物质,由长棒状的分子构成。正误判断(1)液晶内部分子沿长轴方向有序排列,使液晶具有各向异性。(

)(2)液晶是一种特殊的物质聚集状态。(

)(3)液晶就是液体和晶体的混合物,是一种液态晶体。(

)提示

晶体只能是固体,液晶并非液体和晶体的混合物,也不属于晶体。√√×重难突破•能力素养全提升探究角度

液晶的性质与用途例题

下列有关液晶的叙述不正确的是(

)A.具有液体的流动性和晶体的各向异性B.可用来制造液晶显示器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C解析

在一定温度范围内既具有液体的可流动性,在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面又表现出类似晶体的各向异性,这类物质称为液晶,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,B、D正确;液晶是物质的一种聚集状态,C错误。拓展延伸

液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关。在施加电压时,液晶分子能够沿电场方向排列;而在移去电场后,液晶分子又恢复到原来的状态。由此,在存在或撤去电场的两种不同条件下,材料的旋光性能发生变化,所以液晶具有显示功能。[对点训练]目前最热门的机器人材料液晶弹性体是一种最具代表性的智能材料,在外界刺激下,其相态或分子结构会产生变化,进而改变液晶基元的排列顺序,从而导致材料本身发生宏观形变,当撤去外界刺激后,液晶弹性体可以恢复到原来的形状。下列说法错误的是(

)A.该液晶同时具有各向异性和弹性B.这种液晶弹性体机器人可以采用热、光、电、磁等进行驱动C.该液晶弹性体具有形状记忆功能D.液晶是介于液态和固态之间的物质状态,而固体SiO2是晶体D解析

在外界刺激下,其相态或分子结构会产生变化,进而改变液晶基元的排列顺序,从而导致材料本身发生宏观形变,当撤去外界刺激后,液晶弹性体可以恢复到原来的形状,说明该液晶同时具有各向异性和弹性,A正确;在外界刺激下,其相态或分子结构会产生变化,则这种液晶弹性体机器人可以采用热、光、电、磁等进行驱动,B正确;撤去外界刺激后,液晶弹性体可以恢复到原来的形状,则该液晶弹性体具有形状记忆功能,C正确;液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,不是介于液态和固态之间的状态,D错误。知识点二纳米材料基础落实•必备知识全过关知识点二纳米材料1.组成由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。2.结构纳米颗粒内部具有

结构,原子排列有序,而界面则为

结构。晶状无序3.性质及应用(1)纳米材料具有既不同于

又不同于

的独特性质。

(2)纳米材料在

、磁学、热学、力学、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。例如,纳米陶瓷不仅硬度

、强度

,其

也显著增强,甚至具有金属一样的柔韧性。

4.纳米材料“明星”富勒烯、石墨烯和碳纳米管。其中,

因其纤维长、强度高、韧性高等特点被称为“超级纤维”。

微观粒子宏观物体光学、声学、电学高高韧性和可加工性碳纳米管5.形态各异的纳米材料(1)优良的金属导体在尺寸减小到几纳米时就可成为

,多数金属纳米颗粒在特定尺寸时会呈现

色,因此纳米金属材料可用于制作隐形飞机上的雷达吸波材料。

(2)金的熔点为1064℃,但2nm尺寸金的熔点仅为327℃左右。不同颗粒大小的纳米金在溶液中会呈现不同的颜色。(3)磁流体又称

,是磁性纳米粒子的超稳定悬浮液。

名师指导纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1~100

nm)的材料,它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料;纳米材料分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块。绝缘体黑磁性液体正误判断(1)纳米材料是一种长度为10-9

m的物质。(

)提示

纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1~100

nm)的材料。(2)纳米材料不属于晶体,也不属于胶体。(

)(3)纳米材料具有丁达尔效应。(

)提示

纳米材料不属于胶体,不具有丁达尔效应。×√×重难突破•能力素养全提升探究角度

纳米材料的判断与性质例题

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1~100nm的超细粒子(1nm=10-9m)。由于表面效应和体积效应,使其常有奇特的光、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A解析

纳米粒子是指直径为1~100

nm的超细粒子(1

nm=10-9

m),故把纳米粒子分散在分散剂中,可以制成胶体。[对点训练]纳米是长度单位,1nm=1×10-9m,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,在空气中可以燃烧。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C解析

“纳米铜”因其表面积大,所以化学反应速率大,但基本化学性质没有改变。知识点三超分子基础落实•必备知识全过关知识点三超分子超分子是广义的,包括离子1.定义若

分子相互“组合”在一起形成具有

的聚集体,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.结合方式超分子内部分子之间通过

相结合,包括

、

、

以及

等。

例如,DNA中两条分子链之间通过

的作用而组合在一起,细胞膜中的磷脂分子通过

形成

结构。

两个或多个特定结构和功能非共价键氢键静电作用疏水作用一些分子与金属离子形成的弱配位键氢键疏水端相互作用双层膜3.应用实例(1)冠醚催化有机反应:冠醚能与

(尤其是碱金属阳离子)作用,并且随环的大小不同而与

的金属离子作用,将阳离子以及对应的

都带入有机溶剂,从而催化反应。如KMnO4水溶液对烯烃的氧化效果较差,在烯烃中溶入特定的冠醚后,冠醚能与

结合而将

也携带进入烯烃;冠醚不与

结合,使游离或裸露的

反应活性很高,从而使氧化反应迅速发生。

(2)通过加入酸和碱,实现分子梭在两个不同状态之间的切换,从而完成分子组装,还可以实现分子识别。(3)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,如功能材料等。阳离子不同阴离子K+拓展延伸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、杯吡咯、杯咔唑、瓜环葫芦脲等)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。超分子化学还没有一个完整、精确的定义和范畴,但它的诞生和成长却是生机勃勃。重难突破•能力素养全提升探究角度

超分子的结构与性质例题(2023淄博高二期中)冠醚能与阳离子作用,12-冠-4与Li+作用而不与K+作用;18-冠-6与K+作用,但不与Li+或Na+作用。下列说法错误的是(

)A.冠醚与阳离子作用跟环的大小有关B.超分子中O原子与K+间存在离子键C.12-冠-4中C和O的杂化方式相同D.18-冠-6可将KCN带入溴乙烷中B解析

冠醚只与能与之大小适配的离子作用,冠醚与阳离子作用跟环的大小有关,故A正确;超分子中O原子提供孤电子对,K+提供空轨道,两者之间以配位键结合,故B错误;12-冠-4中C和O都采用sp3杂化,故C正确;18-冠-6能与K+作用,且和溴乙烷互溶,故可将KCN带入溴乙烷中,故D正确。[对点训练]下列有关超分子的说法正确的是(

)A.超分子即大分子或高分子化合物B.超分子的重要特征是分子识别C.超分子一定是电中性的D.超分子中仅存在共价键B解析

超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体,不属于大分子或高分子,故A错误;分子识别是超分子的重要特征,故B正确;超分子中存在分子间相互作用,超分子定义中的分子是广义的,包括离子,故C、D错误。学以致用·随堂检测全达标123456题组1液晶1.关于液晶,下列说法正确的有(

)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.液晶的性质与温度变化无关D.液晶的光学性质随外加电压的变化而变化D123456解析

本题考查液晶的结构和性质。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,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,C错误,D正确。1234562.液晶是介于

和

之间的物质状态,既具有液体的流动性、黏度、形变性等,又具有晶体的某些物理性质,如导热性、光学性质等,宏观性质像晶体一样表现出

。

液体晶体各向异性123456题组2纳米材料3.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.同一种金属元素组成的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质A123456解析

纳米材料包括纳米颗粒和颗粒间的界面两部分,A项正确;纳米材料除微粒尺寸为纳米尺度外,还必须具有特定功能,B项错误;纳米材料由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成,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,C项错误;同一种金属元素组成的纳米材料与宏观金属晶体在性质上具有很大的差别,如金的熔点为1

064

℃,但2

nm尺寸金的熔点仅为327

℃左右,D项错误。1234564.下列关于纳米材料基本构成微粒的叙述中错误的是(

)A.三维空间尺寸必须都处于纳米级B.既不是微观粒子,也不是宏观物质C.是原子排列成的纳米数量级原子团D.内部具有晶体结构,而界面为无序结构A解析

纳米材料的基本构成微粒的尺寸需至少一维处于纳米级,A错误。123456题组3超分子5.下列关于超分子的叙述中正确的是(

)A.超分子就是高分子B.超分子都是无限伸展的C.形成超分子的微粒都是分子D.超分子是具