第3章 第3节 液晶、纳米材料与超分子-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（鲁科版2019）

化学　选择性必修2 导学案 L 第3节　液晶、纳米材料与超分子 核心素养 学业要求 1.认识借助实验获得证据进而建立物质结构模型的过程，感受化学研究创新发展的前沿与方向。 2.认识物质结构研究对材料科学、生命科学等许多学科领域的重大问题解决的支持作用 1.了解液晶、纳米材料与超分子的结构特征及特殊性质。 2.了解液晶、纳米材料与超分子的用途 一、液晶 1．概念：在一定的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，人们形象地称这类物质为液态晶体，简称液晶。 2．液晶的微观结构和性质：液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，由此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质。 3．用途：液晶最重要的用途是制造液晶显示器，液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关。液晶材料在没有外加电场时，液晶分子呈逐层扭转的螺旋形排列；在施加电压时，分子变成沿电场方向排列；而在移去电场之后，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，从而达到控制显示的目的。 二、纳米材料 1．组成和性质：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。通常，纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序，而界面为无序结构。纳米材料具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。如纳米陶瓷不仅保留了陶瓷硬度高、强度高的特点，其韧性和可加工性也显著增强，甚至具有金属一样的柔韧性。 2.富勒烯、石墨烯和碳纳米管是纳米材料中的“明星”。碳纳米管是一种管状结构，由石墨片围绕中心轴按照一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空“微管”，因其具有纤维长、强度高、韧性高且密度小的特点而被称为“超级纤维”，它还具有特殊的电学、热学、光学、储氢等性能。 三、超分子 1．概念：若两个或多个分子相互“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体，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非共价键相结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。 3．用途 (1)由于冠醚能与阳离子(尤其是碱金属阳离子)作用，并且随环的大小不同而与不同的金属离子作用，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。例如，高锰酸钾水溶液对烯烃的氧化效果较差，在烯烃中溶入冠醚时，冠醚通过与K＋结合而将MnO也携带进入烯烃；冠醚不与MnO结合，使游离或裸露的MnO反应活性很高，从而使氧化反应能够迅速发生。冠醚与金属离子的聚集体可以看成是一类超分子。 (2)通过加入酸或碱，可以实现分子梭在不同状态之间的切换。 (3)通过对超分子化学的研究，人们可以模拟生物系统，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。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)液体与晶体的混合物叫液晶。(　　) (2)液晶的宏观性质像晶体一样表现各向异性，故而液晶属于晶体。(　　) (3)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，两部分都是有序排列。(　　) (4)纳米材料是一种长度为10－9 m的物质。(　　) (5)DNA是一种超分子。(　　) (6)超分子内部分子之间通过共价键相结合。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)× 解析：(2)液晶像晶体一样表现各向异性，但不是晶体。 (3)纳米材料颗粒间的界面为无序结构。 (6)超分子内部分子之间通过非共价键相结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。 2．电子表、电子计算器、电脑显示器都运用了液晶材料显示图像和文字。有关其显示原理的叙述中正确的是(　　) A．施加电压时，液晶分子沿垂直于电场方向排列 B．移去电场后，液晶分子恢复到原来的状态 C．施加电压时，液晶分子恢复到原来的状态 D．移去电场后，液晶分子沿电场方向排列 答案：B 解析：液晶的显示原理为施加电压时，液晶分子沿电场方向排列；移去电场后，液晶分子恢复到原来的状态，B正确。 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界面两部分 B．纳米材料属于晶体 C．纳米材料属于非晶体 D．同一种金属元素形成的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质 答案：A 解析：组成纳米材料的晶状颗粒内部的有序原子与晶粒界面的无序原子形成与晶体、非晶体均不同的一种新的结构状态；同一种金属元素形成的纳米材料与宏观金属晶体性质差别很大，如金的常规熔点为1064 ℃，但2 nm尺寸的金的熔点仅为327 ℃左右。 4．下列有关超分子的说法正确的是(　　) A．超分子是如蛋白质一样的大分子 B．超分子是由小分子通过聚合得到的高分子 C．超分子是由高分子通过非化学键作用形成的分子聚集体 D．超分子是由两个或多个分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体 答案：D 探究　液晶　纳米材料　超分子 　液晶、纳米材料、超分子的比较 聚集状态 液晶 纳米材料 超分子 定义 在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又表现出类似晶体的各向异性的物质 三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺寸的、具有特定功能的材料 两个或多个分子相互“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体 特征 在折射率、磁化率、电导率等方面表现各向异性；受外加电场影响 在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面具有特性 不同于单个分子的性质，可看成分子层次之上的分子，内部分子之间通过非共价键相结合 重要应用 制造液晶显示器 纳米机器，纳米化妆品，纳米化纤布料等 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 1．下列说法不正确的是(　　) A．液晶具有类似晶体的各向异性和液体的可流动性 B．蛋白质的变性和纳米银离子的聚集都是化学变化 C．常压下，0 ℃时冰的密度比水的密度小，水在4 ℃时密度最大，这些都与分子间的氢键有关 D．冠醚和金属离子的聚集体可以看成是一类超分子 答案：B 解析：蛋白质的变性属于化学变化，纳米银离子的聚集属于物理变化，故B不正确。 2．纳米材料是21世纪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1～100 nm的超细粒子(1 nm＝10－9 m)。由于表面效应和体积效应，其常有奇特的光、电、磁、热等性质，可开发为新型功能材料。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 答案：A 本课小结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 对点 超分子内部的结合方式 液晶的性质及特征 纳米材料的性质及应用 纳米材料的特征 纳米材料的性质及应用 纳米材料的应用 超分子的定义和特征 题号 8 9 10 11 12 13 14 难度 ★ ★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★ 对点 超分子的结合方式 液晶和纳米材料的性质 超分子的应用 纳米材料的相关计算 超分子的应用 超分子的应用 超分子的结构 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1．下列不属于超分子内部分子之间的相互作用的是(　　) A．氢键 B．静电作用 C．共价键 D．疏水作用 答案：C 2．关于液晶的下列说法中正确的是(　　) 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．液晶的化学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 答案：D 解析：液晶的微观结构介于晶体和液体之间，A错误；虽然液晶分子在特定方向上的排列比较整齐，且具有各向异性，但液晶分子的排列是不稳定的，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，C错误；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，D正确。 3．关于纳米材料，下列说法正确的是(　　) ①纳米材料可大大提高材料的强度和硬度 ②纳米材料可提高材料的磁性　③纳米材料能制作高贮存密度的量子磁盘　④纳米机器人“医生”能进入人体杀死癌细胞 A．①②③④ B．②④ C．①②③ D．①③④ 答案：A 4．纳米材料是当今材料科学研究的前沿，其研究成果广泛应用于催化及军事科学中。将纳米材料分散到液体分散剂中，所得混合物可能具有的性质是(　　) A．能全部透过半透膜 B．有丁达尔效应 C．所得液体不可以全部透过滤纸 D．所得物质一定是溶液 答案：B 解析：纳米材料微粒直径范围和胶体微粒的直径大小一致，故其形成的分散系可能具备胶体的性质。 5．我国科学家已成功合成了一种碳纤维(3 nm长的管状纳米管)，这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小、熔点高、化学性质稳定的特点，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是(　　) A．它是制造飞机的理想材料 B．它的主要组成元素是碳 C．它的抗腐蚀能力强 D．碳纤维不易导电 答案：D 6．下列关于纳米材料的叙述错误的是(　　) A．将纳米材料均匀分散到液体分散剂中可制得胶体 B．用纳米级金属颗粒粉剂做催化剂可加快反应速率，提高反应物的平衡转化率 C．将纳米颗粒粉剂制成火箭的固体燃料将有更大的推动力 D．银器能抑菌、杀菌，将纳米银微粒植入内衣织物中，有奇异的抑菌、杀菌效果 答案：B 解析：催化剂可加快化学反应的速率，但不能使化学平衡发生移动，B错误。 7．某超分子的结构如图所示，下列有关该超分子的描述不正确的是(　　) A．图示中的超分子是两个不同的分子通过氢键形成的分子聚集体 B．超分子的特征是分子识别和自组装 C．超分子就是高分子 D．图示中的超分子中的N原子采取sp2、sp3杂化 答案：C 解析：超分子是两个或多个分子相互“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体，超分子不同于高分子，C错误。 8．已知M()和N()可“组合”成一种超分子。下列说法正确的是(　　) A．M和N通过缩聚反应“组合”为该超分子 B．M和N通过取代反应“组合”为该超分子 C．该超分子中的M和N间的非共价键是氢键 D．该超分子的性质与M的性质相同 答案：C 解析：分子“组合”为超分子的过程中没有化学键的断裂与形成，A、B错误；M、N结构中均含N、O元素，分子间通过氢键形成超分子，C正确；超分子的性质与组成该超分子的单个分子的性质不同，D错误。 9．下列说法符合科学性的是(　　) A．工厂生产的食盐对人体有益，它是纳米材料，易吸收、易消化 B．工厂生产的食盐，处于液晶状态，是日常生活中不可缺少的物质，它是非常纯净的非晶体 C．金的常规熔点约为1064 ℃，而制成2 nm尺寸的金的熔点只有327 ℃左右，所以纳米金属于分子晶体 D．液晶是一种具有晶体性质的特殊物质，可用于制造显示器 答案：D 10．(2024·济南市高三年级摸底)冠醚能与阳离子作用，12­冠­4能与Li＋作用而不与K＋作用，18­冠­6能与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KMnO4带入烯烃中 答案：B 解析：超分子中O原子与K＋间存在配位键，B错误。 11．纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它具有许多特殊性质的原因。假设某纳米颗粒的大小和形状恰好与某晶体晶胞的大小和形状(如图)相同，则这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分数为(　　) A．87.5% B．88.9% C．96.3% D．100% 答案：B 解析：表面粒子数占总粒子数的百分数为×100%≈88.9%。 12．利用超分子可分离C60和C70。将C60、C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程，如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．杯酚分子与C60可以形成分子间氢键 B．C60和C70互为同素异形体 C．图中杯酚分子与C60可能是借助分子间作用力形成超分子 D．利用杯酚分离C60和C70说明人类已经能够从分子层面进行物质的分离和提纯 答案：A 13．(2024·北京市海淀区高三期中练习)含有冠醚环的聚合物膜能够高效吸附分离某些阳离子。一种含冠醚环的聚酰亚胺薄膜吸附分离Li＋的过程如图。下列说法正确的是(　　) A．冠醚环与Li＋之间的作用是离子键 B．冠醚环中碳氧键为π键 C．该聚酰亚胺薄膜可在强碱性环境中稳定工作 D．若要设计K＋的吸附分离膜，需增大冠醚环孔径 答案：D 解析：该聚酰亚胺薄膜与Li＋形成超分子，冠醚环与Li＋之间通过配位键结合，A错误；冠醚环中，C原子与O原子以单键连接，是σ键，B错误；酰胺基在强碱性条件下易发生水解，C错误；由于K＋半径比Li＋大，故需增大冠醚环的孔径以吸附分离K＋，D正确。 二、非选择题 14．超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支，还扩展到生命科学和物理学等领域。由Mo将2个C60分子，2个p­甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示。 (1)该超分子中存在的化学键类型有________。 A．σ键 B．π键 C．离子键 D．氢键 (2)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是________(填元素符号)。 (3)配体p­甲酸丁酯吡啶中C原子的杂化方式有________。 答案：(1)AB　(2)C　(3)sp3、sp2 11 学科网（北京）股份有限公司 $$