考教衔接3　超分子的应用

考教衔接3超分子的应用

（2025·甘肃高考9题）我国化学家合成了一种带有空腔的杯状主体分

子（结构式如图a），该分子和客体分子（CH3）4NCl可形成主客体包合

物：（CH3）4N＋被固定在空腔内部（结构示意图见图b）。下列说法错误

的是（

）A.

主体分子存在分子内氢键B.

主客体分子之间存在共价键D.

（CH3）4N＋和（CH3）3N中N均采用sp3杂化√

冠醚识别钾离子冠醚冠醚空腔直径/pm适合的粒子（直径/pm）

12-冠-415-冠-518-冠-621-冠-7120～150170～220260～320340～430Li＋（152）Na＋（204）K＋（276）Rb＋（304）Cs＋（334）

超分子的两大特征：分子识别和自组装，前者尤其要掌握，其中最常

见的就是冠醚识别碱金属离子。与冠醚有关的素材经常会与有机化合物的

结构与性质融合考查，体现了新高考下的情境化命题趋势。

20世纪80年代，化学家发现了一类被称为冠醚的物质（如图）。

拓展1：冠醚分子与碱金属离子之间形成的是配位键。

拓展2：冠醚识别碱金属离子：冠醚是皇冠状的分子，有不同大小的

空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子络合，并随环的大小不同而与不同

的金属离子络合（对碱金属离子有选择性），利用此性质可以识别碱金属

离子。

拓展4：与生物学科的融合，如细胞和细胞器的双分子膜：细胞膜的

两侧都是水溶液，水是极性分子，而构成膜的两性分子的头基是极性基团

而尾基是非极性基团。头基为亲水基团，头部会朝向水溶液一侧，从而实

现自组装。再如，DNA分子：核酸的双螺旋结构是靠氢键来保持的。

拓展5：超分子的未来发展：通过对超分子研究，人们可以模拟生物

系统，复制出一些新材料，如：新催化剂、新药物、分子器件、生物传感

器等功能材料。

1.

冠醚是一种构建超分子的重要配体，它能否适配碱金属离子与其空腔直径和离子直径有关。二苯并-18-冠-6与K＋形成的螯合离子的结构如图所示。下列说法错误的是（

）冠醚冠醚空腔（直径/pm）适合的粒子（直径/pm）15-冠-5170～220Na＋（204）18-冠-6260～320K＋（276）21-冠-7340～430Cs＋（334）A.

冠醚可以用来识别碱金属离子B.

二苯并-18-冠-6也能适配Li＋C.

该冠醚分子中碳原子杂化方式有2种D.

一个螯合离子中配位键的数目为6√解析：

由表知，碱金属离子在冠醚空腔直径范围内，冠醚与碱金属离

子形成的螯合物都是超分子，故冠醚可以识别碱金属离子，A正确；一般

而言，同主族元素，电子层数越多半径越大，电子层数相同时，核电荷数

越大，半径越小，Li＋半径小于钠离子，由表可知，二苯并-18-冠-6不能适

配Li＋，B错误；该冠醚分子中苯环碳原子为sp2杂化、其他碳链上的碳原子

为sp3杂化，碳原子杂化方式有2种，C正确；由结构简式可知，一个螯合离

子中配位键的数目为6，D正确。2.

（2025·湖北武汉模拟）我国某科研团队利用具有构象自适应特性的二

氢吩嗪（图1）配体与二价钯离子成功构筑了对卤素离子（Cl－、Br－、I

－）具有极强结合能力的超分子配位笼，该配位笼能够从AgCl中提取Cl－

（图2）。下列说法错误的是（

）A.

二氢吩嗪的核磁共振氢谱有4组峰B.

二氢吩嗪的亲水性强于

C.

该配位笼对Cl－有极强的结合能力原因可能是其合适的空腔环境D.

该配位笼可能会促进CHCl3中C—Cl键的断裂，实现脱氯√解析：

A项，由二氢吩嗪的结构简式可知，该物质有3种等效氢原子，

核磁共振氢谱有3组峰，A错误；B项，二氢吩嗪含有N—H键，能与水分子

形成分子间氢键，增大其水溶性，B正确；C项，根据题给信息，类比冠醚

识别碱金属离子形成超分子，可知该超分子配位笼对卤素离子有极强的结

合能力的原因可能是其合适的空腔环境，C正确；D项，根据题给信息知，

二氢吩嗪配体与二价钯离子能构筑对卤素离子（Cl－、Br－、I－）具有极强

结合能力的超分子配位笼，则该配位笼可能会促进CHCl3中C—Cl断裂，实

现脱氯，D正确。3.

（2025·陕西渭南模拟）某种超分子的结构如图所示（已知：—Me为

甲基）。下列说法正确的是（

）A.

电负性：F＞O＞N＞H＞CB.

该超分子中涉及的元素均为元素

周期表p区元素C.

超分子具有分子识别和自组装的特征D.

该超分子形成的B—N配位键中，B原子提供孤电子对√解析：

A项，电负性：F＞O＞N＞C＞H，A项错误；B项，H元素属于

元素周期表s区元素，B项错误；C项，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，具有分子识别和自组装的特征，C项正确；D项，该超分子形成的B—N配位键中，N原子提供孤电子对，B提供空轨道，D项错误。4.

（2025·北京海淀模拟节选）超分子指多个分子组合在一起形成的具有

特定结构和功能的聚集体，超分子内部分子之间通过非共价键相结合。冠

醚是大环多醚类物质的总称，可由不同大小的空穴适配不同大小的阳离

子。如图为常见的三种冠醚结构。冠醚a可适配Co2＋，冠醚c可适配K＋。（1）比较位点1和位点2中的C—N—C键角的大小，并说明理由：

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⁠

⁠。解析：

位点1中N原子为sp2杂化，键角约为120°，位点2中N原子为sp3杂化，且含有1个孤电子对，键角小于109°，故C—N—C键角的大小：位点1＞位点2。C—

N—C键角：位点1＞位点2；位点1处N为sp2杂化，键角约为120°，位点2

处N为sp3杂化，且含有1个孤电子对，键角小于109°某分子（结构如图所示）能与冠醚b形成一种分子梭。（2）可以通过加入酸或碱使冠醚b在该分子梭的位点1和位点2之间来回移

动。加酸后，冠醚b移动到位点2，此时冠醚b与位点2之间的作用力类型

为

（填字母）。a.共价键

b.离子键c.静电相互作用

d.氢键解析：该分子梭可以通过加入酸或碱使冠醚b在位点1和位点2之间来回移动，说明冠醚b与位点2之间的相互作用为静电相互作用和氢键，故选c、d。cd

（3）由于KMnO4在烯烃中的溶解度较小，其水溶液对烯烃的氧化速率较

慢。若将环己烯溶于冠醚c后再加入KMnO4溶液，则环己烯能迅速被氧

化，原因是

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