魯科版選修3 物質(zhì)的其他聚集狀態(tài) 學(xué)案3.doc

第4節(jié) 物質(zhì)的其他聚集狀態(tài)名師導(dǎo)航知識梳理一、非晶體 從結(jié)構(gòu)的觀點出發(fā),物質(zhì)的狀態(tài)可分為_、_、_三種聚集態(tài)。在固體時又分為_和_，它們的最大區(qū)別在于_。把晶體中的任意一個微粒沿某個方向平移一定距離，必能找到_。而_、_、_等物質(zhì)內(nèi)部微粒的排列則是長程_和短程_。二、液晶 這種在一定溫度范圍內(nèi)存在的液體既具有液體的_，又具有像晶體那樣的_，于是人們形象地稱這種液體為液態(tài)晶體，簡稱為液晶。液晶在_、_、_等宏觀性質(zhì)方面之所以表現(xiàn)出類似晶體的各向異性，是因為_。在施加電壓時，液晶分子能夠沿_，而在移去電場之后，液晶分子_，這就是電子手表和筆記本電腦數(shù)字或圖像得以顯示的原因。三、納米材料 納米材料實際上是指_具有特定功能的材料。納米材料在光、聲、電、磁、熱、力、化學(xué)反應(yīng)等方面完全_由微米級或毫米級的結(jié)構(gòu)顆粒構(gòu)成的材料，例如，納米陶瓷有_，并在低溫下顯示出良好的_，納米金屬則成為_，且各種納米金屬顆粒幾乎都是_，據(jù)此納米金屬材料可制作_的雷達(dá)吸收材料。四、等離子體 等離子體是指_，因為等離子體中正、負(fù)電荷大致相等，總體來看等離子體呈_，可通過_、_、_、_等手段使氣體轉(zhuǎn)化為等離子體。等離子體中的微粒帶有_，而且能_，使等離子體有很好的導(dǎo)電性，加之有很高的_和_，所以等離子體用途十分廣泛，例如：_。疑難突破 金的常規(guī)熔點為1 064 ，但2 nm尺寸金的熔點僅為327 左右；優(yōu)良的金屬導(dǎo)體在尺寸減少到幾納米時就成了絕緣體且各種金屬納米顆粒幾乎都是黑色。這是為什么？剖析：組成納米材料的晶狀顆粒內(nèi)部的有序原子與晶粒界面的無序原子各約占原子總數(shù)的50%，從而形成與晶態(tài)、非晶態(tài)均不同的一種新的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在納米晶粒中表面活性原子占總原子數(shù)的比例非常大，使其表面能大大增加，熔化時所需能量減少，熔點降低，因此納米金的熔點遠(yuǎn)低于金的常規(guī)熔點。在金屬納米粒子中電子的數(shù)量是有限的，因而能帶是不連續(xù)的，造成了光吸收等異常物性，因此各種金屬納米顆粒幾乎都是黑色，隨著粒子的微細(xì)化，金屬超導(dǎo)臨界溫度tc逐漸提高，這樣優(yōu)良的金屬導(dǎo)體在尺寸減少到幾納米時就成了絕緣體。問題探究問題：圖3-29是“晶體和非晶體導(dǎo)熱性能實驗儀”（是放置云母片或玻璃片的嵌縫，為去掉尖頭的15w平直電烙鐵，為實驗儀的底座，為烙鐵固定架）。把云母片插入處嵌縫中，蠟層朝上，蠟層的反面緊貼烙鐵直頭，將烙鐵接通電源30 s后斷電，云母片蠟層上形成透明橢圓蠟斑；接著取下云母片，換上玻璃片，經(jīng)過同樣的操作程序，玻璃片上蠟層形成透明圓形蠟斑。圖3-29 請你對上述實驗現(xiàn)象做出合理的解釋。探究：云母晶體內(nèi)部原子的排列十分規(guī)整嚴(yán)格，在空間按一定規(guī)律周期性重復(fù)排列而表現(xiàn)出長程有序，因此在進(jìn)行導(dǎo)熱性實驗時在不同的方向上導(dǎo)熱性能不同，表現(xiàn)出各向異性。玻璃屬于非晶體，其內(nèi)部原子的排列則是雜亂無章，長程無序，短程有序，因此在各個方向上的導(dǎo)熱性能相同，表現(xiàn)出各向同性。典題精講【例1】納米材料是21世紀(jì)最有前途的新型材料之一，世界各國對這一新材料給予了極大的關(guān)注。納米粒子是指直徑為1100 nm的超細(xì)粒子（1 nm=10-9 m）。由于表面效應(yīng)和體積效應(yīng)，其常有奇特的光、電、磁、熱等性質(zhì)，可開發(fā)為新型功能材料，有關(guān)納米粒子的敘述不正確的是（ ）a.因納米粒子半徑太小，故不能將其制成膠體b.一定條件下納米粒子可催化水的分解c.一定條件下，納米tio2陶瓷可發(fā)生任意彎曲，可塑性好d.納米粒子半徑小，表面活性高思路解析：題中涉及納米材料這一新型材料，根據(jù)納米粒子微粒大小，判斷出其分散質(zhì)粒子大小剛好處在膠體分散質(zhì)大小的范圍內(nèi)。因此我們要結(jié)合膠體知識，并緊密聯(lián)系題干中的有關(guān)知識，分析討論。答案：a【例2】 前不久我國科學(xué)家成功合成了3 nm長的管狀納米管，長度居世界之首。這種碳纖維具有強(qiáng)度高、剛度（抵抗變形的能力）高、密度?。ㄖ挥袖摰?/4），熔點高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性好的特點，因而被稱為“超級纖維”。下列對碳纖維的說法不正確的是（ ）a.它是制造飛機(jī)的理想材料 b.它的主要組成元素是碳c.它的抗腐蝕能力強(qiáng) d.碳纖維復(fù)合材料不易導(dǎo)電思路解析：納米材料有其獨特的功能，我們都知道：一般飛機(jī)是用鋼鐵制造的，由于碳纖維的“強(qiáng)度高、剛度高、密度小”，它也可以作為制造飛機(jī)的理想材料；碳纖維復(fù)合材料其主要元素是碳，但由于合成的是納米級材料，碳原子最外層有4個電子，也可以類似于石墨結(jié)構(gòu)，存在著自由電子。答案：d知識導(dǎo)學(xué) 材料科學(xué)的發(fā)展直接制約著科技的進(jìn)步，研究物質(zhì)的一些特定的聚集狀態(tài)是開發(fā)新材料的一種重要途徑。在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容時，要分別從結(jié)構(gòu)、性能和用途等方面研究非晶體、液晶、納米材料和等離子體等物質(zhì)的聚集狀態(tài)，深化對物質(zhì)聚集狀態(tài)的認(rèn)識。 非晶體與晶體的本質(zhì)區(qū)別在于內(nèi)部微粒在空間是否按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列，但是要了解固體除了晶體和非晶體之外，還存在準(zhǔn)晶體。 液晶可分為近晶型液晶、向列型液晶、膽甾型液晶。 近晶型液晶的分子排列比較整齊，近似于晶體，這種液晶黏度較大，流動性較差。 向列型液晶的分子作交錯平行排列，這種液晶黏度較低，流動性較好。 膽甾型液晶分子也作層狀，但是與前兩者有所不同。 從納米材料的結(jié)構(gòu)特征來看，納米固體具有與晶態(tài)、非晶態(tài)和原子簇等不同的物理化學(xué)特性。這些特性來源于兩個方面，即表面效應(yīng)與體積效應(yīng)。 納米材料既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料。如果僅僅是尺度達(dá)到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個中間領(lǐng)域，而這個領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認(rèn)識到這個尺度范圍的性能。 產(chǎn)生等離子體的方法和途徑多種多樣，涉及許多微觀過程、物理效應(yīng)和實驗方法。其中，宇宙天體及地球上層大氣的電離層屬于自然界產(chǎn)生的等離子體。在化學(xué)領(lǐng)域常用的產(chǎn)生等離子體的方法主要有以下幾種：（1）氣體放電法，（2）光電離法和激光輻射電離，（3）射線輻照法，（4）燃燒法，（5）沖擊波法。 等離子體是繼固體、液體、氣體之后物質(zhì)的第四種聚集狀態(tài)。氣體放電是產(chǎn)生等離子體的一種常見形式，氣體放電實現(xiàn)的方式可以千差萬別，但產(chǎn)生放電的基本過程是利用外（電）場加速電子使之碰撞中性原子（分子）來電離氣體。疑難導(dǎo)析 對于納米材料所具有的特殊性質(zhì)，應(yīng)從納米材料所具有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。 要知道納米材料是否由直徑為幾個或幾十個納米的顆粒和顆粒間的界面兩部分組成。 要清楚納米顆粒與界面的不同：納米顆粒是否是長程有序的晶體結(jié)構(gòu)，界面是否是既不長程有序，也不短程有序的無序結(jié)構(gòu)。 與普通的金屬、陶瓷和其他固體材料一樣，納米材料也是由原子構(gòu)成的，這些原子是否排列成了納米量級的原子團(tuán)，由分析納米材料的粒子細(xì)化和界面原子比例的高低，從而可說明納米材料具有既不同于微觀粒子，又不同于宏觀物體的獨特的性質(zhì)。問題導(dǎo)思 由實驗探究物質(zhì)性質(zhì)的差異應(yīng)遵循以下思路： 分析實驗現(xiàn)象得出物質(zhì)性質(zhì)的差別。由云母片實驗時形成橢圓蠟斑，玻璃片形成圓形蠟斑可以推斷云母片在不同的方向上導(dǎo)熱性能不同，從而說明是否表現(xiàn)出各向異性；由玻璃片在各個方向上導(dǎo)熱性能相同，從而說明是否表現(xiàn)出各向同性。 從結(jié)構(gòu)上分析物質(zhì)性質(zhì)存在差異的原因。云母片和玻璃片性質(zhì)上存在差異的根本原因可從內(nèi)部原子的排列推斷：要清楚前者內(nèi)部原子的排列是否規(guī)整嚴(yán)格，后者內(nèi)部原子的排列是否雜亂無章。 推廣到結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)。云母是否屬于晶體而玻璃是否屬于非晶體，由此可說明晶體具有各向異性而非晶體具有各向同性。典題導(dǎo)考綠色通道：解答關(guān)于特殊聚集狀態(tài)物質(zhì)的題目關(guān)鍵是熟悉各聚集狀態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、典型性質(zhì)以及應(yīng)用?！镜漕}變式1】 下列關(guān)于物質(zhì)特殊聚集狀態(tài)結(jié)構(gòu)的敘述中，錯誤的是（ ）a.等離子體的基本構(gòu)成微粒是帶電的離子和電子及不帶電的分子或原子b.非晶體基本構(gòu)成微粒的排列是長程無序和短程有序的c.液晶內(nèi)部分子沿分子長軸方向有序排列，使液晶具有各向異性d.納米材料包括納米顆粒與顆粒間的界面兩部分，兩部分都是長程有序答案：d綠色通道：當(dāng)物質(zhì)達(dá)到納米尺度以后，大約是在1100 nm這個范圍空間，物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特