新教材2025版高中化學(xué)第3章不同聚集狀態(tài)的物質(zhì)與性質(zhì)第3節(jié)液晶納米材料與超分子學(xué)案魯科版選擇性必修2

第3節(jié)液晶、納米材料與超分子課程標(biāo)準(zhǔn)1．了解液晶、納米材料和超分子的結(jié)構(gòu)特征及特別性質(zhì)。2．了解上述幾類不同物質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用。學(xué)法指導(dǎo)1.結(jié)合教材中的圖示，了解其他聚集狀態(tài)的物質(zhì)(如液晶、納米材料、超分子等)的結(jié)構(gòu)及特別性質(zhì)。2．聯(lián)系生產(chǎn)、生活及科技前沿學(xué)問，了解液晶、納米材料、超分子的實(shí)際應(yīng)用。必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)——新知全解一遍過學(xué)問點(diǎn)一液晶和納米材料一、液晶1．定義：在肯定的溫度范圍內(nèi)既具有液體的______性，又具有晶體的________性的物質(zhì)稱液晶。2．性質(zhì)及緣由(1)性質(zhì)：液晶在________、________、電導(dǎo)率等宏觀性質(zhì)方面表現(xiàn)各向異性。(2)緣由：液晶內(nèi)部分子的排列沿分子長(zhǎng)軸方向呈現(xiàn)出________的排列。二、納米材料1．結(jié)構(gòu)：納米材料由直徑為幾或幾十________的顆粒和顆粒間的界面兩部分組成。2．性質(zhì)：納米顆粒內(nèi)部具有________結(jié)構(gòu)，界面則為________結(jié)構(gòu)，因此納米材料具有既不同于微觀粒子又不同于宏觀物體的獨(dú)特性質(zhì)。3．應(yīng)用：納米材料的顆粒很小和處于________所占比例較高，使得納米材料在光學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)等方面完全不同于由________或________的結(jié)構(gòu)顆粒構(gòu)成的材料。4．“明星”納米材料(1)家族：________(C60等球碳)、石墨烯(單層石墨片)和________。(2)碳納米管①結(jié)構(gòu)：________結(jié)構(gòu)，由石墨片圍繞________依據(jù)肯定的螺旋角卷繞而成的無縫、中空“微管”。②特性：纖維長(zhǎng)、強(qiáng)度高、韌性高。③性能：具有特別的電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、________等性能。微點(diǎn)撥晶體和非晶體的推斷并非依據(jù)外觀推斷，要依據(jù)晶體的特征進(jìn)行推斷。如：玻璃、石蠟、瀝青等非晶體物質(zhì)內(nèi)部微粒的排列是長(zhǎng)程無序和短程有序，所以它們沒有晶體結(jié)構(gòu)所具有的對(duì)稱性、各向異性和自范性。學(xué)思用1．推斷下列說法是否正確，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)納米材料屬于膠體。()(2)納米材料有某些其他材料沒有的特性。()(3)液晶就是液態(tài)的晶體。()(4)液晶可制造液晶顯示器。()2．下列說法正確的是()①納米材料可大大提高材料的強(qiáng)度和硬度②納米材料可提高材料的磁性③納米材料能制作高貯存密度的量子磁盤④納米機(jī)器人“醫(yī)生”能進(jìn)入人體殺死癌細(xì)胞⑤納米是長(zhǎng)度單位A．①②③④⑤B．②③④C．②③④⑤D．①②③④學(xué)問點(diǎn)二超分子1.定義若________或________分子相互“組合”在一起形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的________，能表現(xiàn)出不同于單個(gè)分子的性質(zhì)，可以把這種聚集體看成分子層次之上的分子，稱為超分子。2．結(jié)構(gòu)超分子內(nèi)部分子之間通過________結(jié)合，包括________、________、________以及一些分子與金屬離子形成的________等。3．超分子的應(yīng)用(1)冠醚及其作用與陽離子作用，隨環(huán)的大小不同而與不同的金屬離子作用，將陽離子以及對(duì)應(yīng)的陰離子都帶入有機(jī)溶劑，成為有機(jī)反應(yīng)中很好的催化劑。(2)分子梭的轉(zhuǎn)化在鏈狀分子A上同時(shí)含有兩個(gè)不同的識(shí)別位點(diǎn)。在堿性狀況下，環(huán)狀分子B與帶有正電荷的位點(diǎn)1的相互作用較強(qiáng)；在酸性狀況下，由于位點(diǎn)2的亞氨基結(jié)合H＋而帶正電荷，與環(huán)狀分子B的作用增加。因此，通過加入酸和堿，可以實(shí)現(xiàn)分子梭在兩個(gè)不同狀態(tài)之間的切換。(3)分子組裝在分子水平上進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，有序組裝甚至復(fù)制出一些新型的分子材料。學(xué)思用下列有關(guān)超分子的說法正確的是()A．超分子是如蛋白質(zhì)一樣的大分子B．超分子是由小分子通過聚合得到的高分子C．超分子是由高分子通過非化學(xué)鍵作用形成的分子聚集體D．超分子是由兩個(gè)或多個(gè)分子通過分子間相互作用形成的分子聚集體關(guān)鍵實(shí)力·課堂探究——學(xué)科素養(yǎng)全通關(guān)提升點(diǎn)液晶、納米材料與超分子的比較聚集狀態(tài)液晶納米材料超分子定義在肯定溫度范圍內(nèi)既具有液體的可流淌性，又具有晶體的各向異性的聚集狀態(tài)由直徑為幾或幾十納米的顆粒(內(nèi)部具有晶狀結(jié)構(gòu)，原子排列有序)和顆粒間的界面(無序結(jié)構(gòu))兩部分組成的材料兩個(gè)或多個(gè)分子“組合”在一起形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體特征折射率、磁化率、電導(dǎo)率等均表現(xiàn)出各向異性，液晶顯示的驅(qū)動(dòng)電壓低、功率小粒子很小、界面原子比例較高，使納米材料在光、聲、電、磁、熱、力、化學(xué)反應(yīng)等方面具有特性與陽離子作用，隨環(huán)的大小不同而與不同金屬離子作用，將陽離子帶入有機(jī)溶劑，成為有機(jī)反應(yīng)的催化劑重要應(yīng)用液晶顯示器、電子表、計(jì)算器、數(shù)字儀表化妝品、涂料、食品、化纖布料、隱形飛機(jī)進(jìn)行分子識(shí)別、分子組裝，促進(jìn)超分子化學(xué)探討的發(fā)展互動(dòng)探究世界上最小的馬達(dá)，只有千萬分之一個(gè)蚊子那么大，如圖，這種分子馬達(dá)將來可用于消退體內(nèi)垃圾。問題1該圖是馬達(dá)分子的什么模型？問題2該分子中含有的組成環(huán)的原子是何種元素的原子？分子中共有多少個(gè)該原子？問題3納米材料屬于膠體嗎？問題4超分子就是分子量比較大的分子嗎？為什么？典例示范[典例]下列關(guān)于物質(zhì)特別聚集狀態(tài)的敘述錯(cuò)誤的是()A．離子液體的基本構(gòu)成微粒是陰、陽離子B．超分子內(nèi)部分子之間可以通過非共價(jià)鍵結(jié)合C．液晶內(nèi)部分子沿分子長(zhǎng)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和顆粒間的界面兩部分，兩部分的排列都是有序的素養(yǎng)訓(xùn)練[訓(xùn)練]石墨炔是繼富勒烯、碳納米管、石墨烯之后一種新的全碳納米結(jié)構(gòu)材料，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)有利于鋰離子在面內(nèi)和面外的擴(kuò)散和傳輸。下列有關(guān)物質(zhì)①～④的說法正確的是()A．物質(zhì)①、③均能發(fā)生加成反應(yīng)，是不飽和烴B．物質(zhì)②主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成，沒有導(dǎo)電性C．物質(zhì)①有望成為一種新的導(dǎo)電材料D．物質(zhì)④的分子式為C10H14，性質(zhì)穩(wěn)定，其一氯代物有兩種課堂總結(jié)[學(xué)問導(dǎo)圖][誤區(qū)警示]1．液晶既具有液體的可流淌性，又具有像晶體那樣的各向異性，在折射率、磁化率、電導(dǎo)率等方面具有宏觀物體的性質(zhì)。2．納米材料具有良好的物理、化學(xué)性質(zhì)。納米材料在光、聲、電、磁、熱、力、化學(xué)反應(yīng)等方面完全不同于由微米量級(jí)或毫米量級(jí)的結(jié)構(gòu)顆粒構(gòu)成的材料。隨堂檢測(cè)·強(qiáng)化落實(shí)——基礎(chǔ)知能練到位1．下列關(guān)于物質(zhì)聚集狀態(tài)的敘述中，錯(cuò)誤的是()A．物質(zhì)只有氣、液、固三種聚集狀態(tài)B．氣態(tài)是高度無序的體系存在狀態(tài)C．固態(tài)中的原子或者分子結(jié)合的較緊湊，相對(duì)運(yùn)動(dòng)較弱D．液態(tài)物質(zhì)的微粒間距離和作用力的強(qiáng)弱介于固、氣兩態(tài)之間，表現(xiàn)出明顯的流淌性2．下列關(guān)于液晶的說法正確的是()A．液晶是液體和晶體的混合物B．液晶是一種晶體C．液晶分子在特定條件下排列比較整齊，但不穩(wěn)定D．全部物質(zhì)在肯定條件下都能成為液晶3．納米材料是最有前途的新型材料之一，世界各國(guó)對(duì)這一新材料賜予了極大的關(guān)注。納米粒子是指直徑為1～100nm的超細(xì)粒子(1nm＝10－9m)。由于納米粒子的表面效應(yīng)和體積效應(yīng)，其常有奇妙的光、電、磁、熱等性質(zhì)，可開發(fā)為新型功能材料。下列有關(guān)納米粒子的敘述不正確的是()A．因納米粒子直徑太小，故不能將其制成膠體B．肯定條件下，納米粒子可催化水的分解C．肯定條件下，納米TiO2陶瓷可發(fā)生隨意彎曲，可塑性好D．納米粒子直徑小，表面活性高4.下列關(guān)于超分子材料的敘述錯(cuò)誤的是()A．DNA中的兩條分子鏈之間通過氫鍵作用組合在一起B(yǎng)．高錳酸鉀對(duì)烯烴的氧化效果差，加入冠醚能夠快速的被氧化，是由于冠醚與金屬離子形成超分子C．超分子之所以具有選擇性是由于分子之間存在共價(jià)鍵D．利用超分子的選擇性可以對(duì)物質(zhì)進(jìn)行識(shí)別和組裝5．納米是長(zhǎng)度單位，1nm＝1×10－9m，物質(zhì)的顆粒達(dá)到納米級(jí)時(shí)，具有特別的性質(zhì)。例如：將單質(zhì)銅制成“納米銅”時(shí)，具有特別強(qiáng)的化學(xué)活性，在空氣中可以燃燒。下列對(duì)“納米銅”的有關(guān)敘述中正確的是()A．常溫下，“納米銅”比銅片的金屬性強(qiáng)B．常溫下，“納米銅”比銅片更易失去電子C．常溫下，“納米銅”與銅片的還原性相同D．常溫下，“納米銅”比銅片的氧化性強(qiáng)第3節(jié)液晶、納米材料與超分子必備知識(shí)·自主學(xué)習(xí)[學(xué)問點(diǎn)一]一、1．可流淌各向異2．(1)折射率磁化率(2)有序二、1．納米2．晶狀無序3．界面的原子微米量級(jí)毫米量級(jí)4．(1)富勒烯碳納米管(2)管狀中心軸儲(chǔ)氫[學(xué)思用]1．答案：(1)×(2)√(3)×(4)√2．解析：納米材料的性能包括提高材料的強(qiáng)度、硬度、變更顏色、增加磁性等。納米技術(shù)能制造出納米“機(jī)器人”，進(jìn)入人體殺死癌細(xì)胞，制作的量子磁盤，能作高密度的磁記錄。納米是長(zhǎng)度單位。答案：A[學(xué)問點(diǎn)二]1．兩個(gè)多個(gè)聚集體2．非共價(jià)鍵氫鍵靜電作用疏水作用弱配位鍵[學(xué)思用]解析：超分子不同于蛋白質(zhì)、淀粉等大分子，也不是由小分子通過聚合得到的高分子，超分子是由兩個(gè)或多個(gè)分子相互“組合”在一起形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體。答案：D關(guān)鍵能力·課堂探究提升點(diǎn)[互動(dòng)探究]提示1：圖是馬達(dá)分子的球棍模型。提示2：該分子中組成環(huán)的原子是碳原子，依據(jù)分子結(jié)構(gòu)可知，該分子中含有30個(gè)碳原子。提示3：納米材料既不屬于晶體也不屬于膠體。提示4：不是。超分子是兩個(gè)或多個(gè)分子“組合”在一起形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體，而非分子量很大的分子。[典例]解析：離子液體一般由有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子構(gòu)成，A項(xiàng)正確；超分子內(nèi)部分子之間通過非共價(jià)鍵相結(jié)合，如氫鍵、靜電作用等，B項(xiàng)正確；液晶內(nèi)部分子的排列沿分子長(zhǎng)軸方向呈現(xiàn)出有序的排列，使液晶在折射率、磁化率、電導(dǎo)率等宏觀性質(zhì)方面表現(xiàn)出類似晶體的各向異性，C項(xiàng)正確；納米顆粒內(nèi)部具有晶狀結(jié)構(gòu)，原子排列有序，而界面則為無序結(jié)構(gòu)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：D[訓(xùn)練]解析：物質(zhì)①石墨炔、③富勒烯是碳的同素異形體不屬于烴，故A錯(cuò)；物質(zhì)②為碳納米管，是由碳原子構(gòu)成的六邊形結(jié)構(gòu)，和碳的性質(zhì)相同，具有導(dǎo)電性，故B錯(cuò)；物質(zhì)①為石墨炔，有望成為一種新的導(dǎo)電材料是正確的，故C對(duì)；物質(zhì)④的分子式為C10H16，性質(zhì)穩(wěn)定，其一氯代物有兩種，故D錯(cuò)。答案：C隨堂檢測(cè)·強(qiáng)化落實(shí)1．解析：物質(zhì)除氣、液、固三種聚集狀態(tài)以外，還有其他的聚集狀態(tài)，如液晶、納米材料、超分子。答案：A2．解析：液晶有液體的流淌性與晶體的各向異性，故A錯(cuò)誤；液晶既不同于晶體又不同于非晶體，故B錯(cuò)誤；液晶在特定條件下如外加電場(chǎng)