3.4.2超分子 导学案 2023-2024学年高二下学期化学苏教版（2019）选择性必修2

新沂一中高三化学一轮复习导学案 主备人： 吴凯 审核： 王保强 编号： 004 超分子、配合物的应用 【目标导航】1．了解超分子的定义 2．知道超分子的2个特性：“分子识别”和“自组装” 阅读材料： 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。超分子定义中的分子是广义的，包括离子。分子以什么样的作用形成超分子？说法很纷繁，有人将其概括为非共价键，有人则将其限于分子间作用力。超分子这种分子聚集体，有的是有限的，有的是无限伸展的。超分子的实例极多，如以下两个例子。 第一个例子是分离C60和C70（如图1）。我们已经知道C60，应好理解C70比C60大点。将C60和C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中，“杯酚”像个碗似的把C60装起来而不能装下C70 ；加入甲苯溶剂，甲苯将未装入碗里的C70溶解了，过滤后分离C70 ；再向不溶物中加入氯仿，氯仿溶解“杯酚”而将不溶解的C60释放出来并沉淀。这是借助分子间力形成超分子的例子，这个例子反映出来的超分子的特性被称为“分子识别”。 图1：分子识别——分离C60和C70示意图（注：图中的下部分为“杯酚”） 第二个例子是冠醚识别碱金属离子。冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子，如下表所示的例子。1987年诺贝尔化学奖授予三位化学家，以表彰他们在超分子化学理论方面的开创性工作，超分子化学也因此风靡全球。 以上例子描述的是超分子的重要特征——分子识别，超分子的另一重要特征是自组装——单个分子组分自发形成有序且复杂的聚集体结构。如蛋白质的二级结构、三级结构和四级结构，DNA的双螺旋结构。 这种自组装过程具有以下主要特性： 1. 动态可逆性：与通过共价键连接的传统高分子不同，超分子自组装体中的非共价键赋予了其动态可逆性，即聚集体可以在一定条件下解聚并重新组装。 2. 刺激响应性：超分子自组装体能够对外界刺激（如温度、pH值、光照、离子强度等）作出响应，导致组装体结构的变化或性质的改变。 3. 形态可变性：通过调整组装条件（如溶剂、温度、浓度等），可以控制超分子自组装体的形态，如从球形到棒形、片状等。 4. 自愈合性：由于非共价键的动态性，超分子自组装体在受到损伤时可能具有自愈合的能力，即能够自动修复损伤部分。 5. 适应性：超分子自组装体能够根据不同的环境条件或应用需求，调整其结构和性质，以适应外部环境的变化。 6. 高度有序性：自组装过程通常导致超分子形成高度有序的结构，这些结构在纳米和微米尺度上展现出独特的性质和功能。 超分子自组装在材料科学、生物技术、药物递送、催化、能量转换等领域具有广泛的应用前景。通过设计不同的分子结构和组装条件，可以制备出具有特定功能和性质的超分子材料，以满足不同领域的需求。 练习： 1. 名词辨析：超分子和高分子 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2. 利用超分子可分离C60和C70，如图，将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离。下列说法正确的是 A．“杯酚”与苯酚互为同系物 B．“杯酚”与C60之间存在氢键 C．该过程发生了置换反应 D．该过程利用了超分子的分子识别特性 3．结构决定性质，下列事例及其解释错误的是 选项 事例 解释 A Fe3＋比Fe2＋更稳定 Fe3＋的3d能级处于半充满稳定状态 B 向苯和甲苯中分别滴加少量酸性KMnO4溶液，振荡后，前者紫红色不变，后者紫红色褪去 甲基使苯环活化 C 冠醚(18-冠-6)与K＋可以形成超分子 冠醚(18-冠-6)的空穴与K＋尺寸适配 D CHCl2COOH比CH2ClCOOH酸性强 Cl的电负性大，使羧基中的羟基极性增大 4．物质的结构决定物质的性质。下列有关物质结构与性质的说法正确的是 A．分子晶体中一定存在共价键，可能存在范德华力 B．易溶于苯，难溶于，都可用“相似相溶”原理解释 C．分子间存在氢键，而分子间不存在，所以比稳定 D．冠醚(18-冠-6)的空穴与尺寸适配，两者能通过离子键形成超分子 5．一种杯酚的合成过程如图所示。该杯酚盛装后形成超分子。下列说法正确的是 A．该杯酚的合成过程中发生了消去反应 B．每合成1mol该杯酚，消耗4molHCHO C．杯酚盛装形成的超分子中，存在范德华力和氢键 D．该杯酚具有“分子识别”特性，能盛装多种碳单质 6．下列化学用语表述不正确的是 A．HCl分子中形成的σ键电子云轮廓图： B．和的VSEPR模型完全相同 C．NaClO的电子式： D．细胞和细胞器的膜由大量两性分子组装而成，体现了超分子自组装的特征。 参考答案： 1. 超分子通常指的是由两个或多个分子通过非共价键（如氢键、范德华力等）相互作用而形成的分子聚集体或组装体。 高分子，全称“有机高分子化学物”，又称聚合物，是由许多较小的结构单元（单体）通过共价键重复连接而成的大分子化合物（相对分子质量在几千至上万），并且表现出与小分子截然不同的物理和化学性质。 2．D 【详解】A．同系物是指结构相似、分子组成相差若干个“CH2”原子团的有机化合物，杯酚中含有多个羟基，苯酚中只有一个羟基，两者结构不相似，不是同系物，A错误； B．C和H原子不能形成氢键，“杯酚”与C60不能形成氢键，B错误； C．置换反应是一种单质与一种化合物作用，生成另一种单质与另一种化合物的反应，该反应不是置换反应，C错误； D．“杯酚”的空腔大小只适配C60，该分离过程利用的是超分子的分子识别特征，D正确； 故选D。 3．B 【详解】A．Fe3＋的价层电子的3d能级处于半充满稳定状态，因此比更稳定，故A正确； B．甲苯使酸性溶液褪色，甲苯被氧化为苯甲酸，说明苯环使甲基活化，故B错误； C．冠醚（18-冠-6）的空穴与K＋尺寸适配，因此二者可以形成超分子，故C正确； D．氯的电负性大，吸电子能力强，导致中羧基中的羟基极性更大，更易发生电离，所以酸性强，故D正确； 选B。 4．B 【详解】A．分子晶体中一定存在范德华力，可能存在共价键(如水)，可能没有(如稀有气体)，A项错误； B．和苯均是非极性分子，是非极性分子，是极性分子，根据相似相溶原理，易溶于苯，难溶于，B项正确； C．物质的稳定性是化学性质，是由分子内共价键的强弱决定的，与共价键的键长、键能有关，与氢键无关，C项错误； D．超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间作用力形成的分子聚合体，冠醚与离子之间以配位的形式结合，D项错误； 故答案选B。 5．C 【详解】A．酚羟基邻位的H原子被取代，为取代反应，故A错误； B．苯环之间含8个CH2，可知每合成1mol该杯酚，消耗8molHCHO，故B错误； C．杯酚盛装C60后形成超分子，分子之间存在范德华力，羟基之间形成氢键，故C正确； D．该杯酚具有“分子识别”特性，空隙大小固定，只盛装C60后形成超分子，故D错误； 故选C。 6．B 【详解】 A．HCl分子H和Cl形成σ键，电子云轮廓图：，A正确； B．NH3的中心原子N采取杂化且有一个孤电子对，VSEPR模型为四面体，的中心原子C采取杂化、无孤电子对，VSEPR模型为正四面体，两者不完全相同，B错误； C．NaClO为离子化合物，其电子式：，C正确； D．双分子膜具有选择渗透性，细胞和细胞器的双分子膜具有自组装特征，双分子膜是由大量两性分子自组装而成的，D正确； 答案选B。 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分百】 资料收集整理【淘宝店铺：向阳百分百】 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$