3.3 液晶、纳米材料与超分子（同步讲义）化学鲁科版选择性必修2

教材知识解读·讲透重点难点·方法能力构建·同步分层测评 第3章 不同聚集状态的物质与性质 第3节 液晶、纳米材料与超分子 教习目标 1.了解液晶、纳米材料与超分子的结构特征及特殊性质。 2.了解上述聚集状态物质的实际用途和作用。 ◆知识点一 液晶 1.概念 在一定的温度范围内既具有液体的______性，又具有类似晶体的______的物质。 2.结构 液晶内部分子的排列沿______方向呈现出有序的排列。 3.性质 在______、______、______等宏观性质方面表现出类似晶体的______。 4.用途 制造____________。液晶的显示功能与液晶材料____________密切相关。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，液晶分子变成沿____________；而在移去电场之后，液晶分子__________________。 即学即练 1.下列有关液晶的叙述不正确的是 （　　） A.具有液体的流动性和晶体的各向异性 B.可用来制造液晶显示器 C.不是物质的一种聚集状态 D.液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响 2.电子手表、计算器、计算机显示器都运用了液晶材料显示图像和文字。下列有关其显示原理的叙述正确的是 (　　) 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 ◆知识点二 纳米材料 1.组成 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。 2.结构 纳米颗粒内部具有______结构，原子排列有序，而界面则为______结构。 3.性质及应用 （1）纳米材料具有既不同于______又不同于______的独特性质。 （2）纳米材料在______________________________等方面完全不同于由微米量级或毫米量级的结构颗粒构成的材料。例如，纳米陶瓷不仅硬度高、强度高，其____________也显著增强，甚至具有金属一样的柔韧性。 4.纳米材料“明星” 富勒烯、石墨烯和碳纳米管。其中，______因其纤维长、强度高、韧性高等特点被称为“超级纤维”。 5.形态各异的纳米材料 （1）优良的金属导体在尺寸减小到几纳米时就可成为______，多数金属纳米颗粒在特定尺寸时会呈现______色，因此纳米金属材料可用于制作隐形飞机上的雷达吸波材料。 （2）金的熔点为1 064 ℃，但2 nm尺寸金的熔点仅为327 ℃左右。不同颗粒大小的纳米金在溶液中会呈现不同的颜色。 （3）磁流体又称______，是磁性纳米粒子的超稳定悬浮液。 即学即练 1.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液溶胶 B.用纳米级金属颗粒粉剂作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 2.（1）（CH3）3NH+和［AlCl4］-可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子组成，熔点低于100 ℃，其挥发性一般比有机溶剂　　　　（填“大”或“小”），可用作　　　　（填字母）。  a.助燃剂 b.“绿色”溶剂 c.复合材料 d.绝热材料 （2）在纳米级的空间中，水的结冰温度是怎样的呢？为此，科学家对不同直径碳纳米管中水的结冰温度进行分析。下图是四种不同直径碳纳米管中的冰柱结构及结冰温度，冰柱的大小取决于碳纳米管的直径。水在碳纳米管中结冰的规律是　　　　。  ◆知识点三 超分子 1.定义 若____________分子相互“组合”在一起形成具有____________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______相结合，包括____________以及________________________等。 例如，DNA中两条分子链之间通过氢键的作用而组合在一起，细胞膜中的磷脂分子通过____________形成______结构。 3.应用实例 （1）冠醚催化有机反应：冠醚能与______（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______都带入有机溶剂，从而催化反应。如KMnO4水溶液对烯烃的氧化效果较差，在烯烃中溶入特定的冠醚后，冠醚能与______结合而将______也携带进入烯烃；冠醚不与Mn结合，使游离或裸露的Mn反应活性很高，从而使氧化反应迅速发生。 （2）通过加入酸和碱，实现分子梭在两个不同状态之间的切换，从而完成分子组装。还可以实现______。 （3）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，如功能材料等。 即学即练 1.冠醚能与阳离子作用，12⁃冠⁃4与Li+作用而不与K+作用；18⁃冠⁃6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KCN带入溴乙烷中 2.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　　（填字母）。  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　　　　　　　　　　　。  一、液晶、纳米材料、超分子的比较与判断 液晶 纳米材料 超分子 含义 在一定的温度范围内既有液体的可流动性，又表现出类似晶体的各向异性的物质 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。颗粒内部原子排列有序，界面无序，即具有不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质 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 特征 折射率、磁化率、电导率等均表现出各向异性，液晶显示的驱动电压低、功率小 粒子细化、界面原子比例高，使纳米材料在光、声、电、磁、热、化学反应等方面具有特性 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 重要应用 制造液晶显示器，应用于电子表、数字仪表等 用于化妆品、涂料、食品、化纤布料、隐形飞机等 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，如功能材料等 实践应用　　　　　　　　　　　 1.下列有关液晶的叙述中不正确的是 (　　) A.具有液体的流动性、晶体的各向异性 B.可用于制造液晶显示器 C.不是物质的一种聚集状态 D.液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响 2.我国科学家成功合成了3 nm长的管状定向碳纳米管。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的)、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.碳纤维复合材料为高分子化合物 3.美国科学家用有机分子和球形笼状分子C60，首次制成了“纳米车”(如图所示)，每辆“纳米车”是用一个有机分子和四个球形笼状分子“组装”而成。下列说法正确的是 (　　) A.我们可以直接用肉眼清晰地看到这种“纳米车”的运动 B.“纳米车”的诞生，说明人类操纵分子的技术进入一个新阶段 C.“纳米车”是一种分子晶体 D.C60熔点比金刚石熔点高 考点一 物质的聚集状态 液晶 纳米材料 【例1】下列关于聚集状态的叙述错误的是 （　　） A.物质只有气、液、固三种聚集状态 B.气态是高度无序的体系存在状态 C.固态中的原子或分子结合的较紧凑，相对运动较弱 D.液态物质微粒间的距离和作用力的强弱介于固、气两态之间，表现出明显的流动性 【变式1-1】目前最热门的机器人材料液晶弹性体是一种最具代表性的智能材料，在外界刺激下，其相态或分子结构会产生变化，进而改变液晶基元的排列顺序，从而导致材料本身发生宏观形变，当撤去外界刺激后，液晶弹性体可以恢复到原来的形状。下列说法错误的是 （　　） A.该液晶同时具有各向异性和弹性 B.这种液晶弹性体机器人可以采用热、光、电、磁等进行驱动 C.该液晶弹性体具有形状记忆功能 D.液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，而固体SiO2一定是晶体 【变式1-2】下列关于纳米材料基本构成微粒的叙述错误的是 （　　） A.是长程无序的一种结构状态 B.纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分，两部分的排列都是有序的 C.既不是微观粒子，也不是宏观物质 D.碳纳米材料中的石墨烯、富勒烯（C60）互为同素异形体 【变式1-3】我国科学家成功合成了3 nm长的管状定向碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度（抵抗变形的能力）高、密度小（只有钢的）、熔点高、化学性质稳定性好的特点，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.碳纤维复合材料为高分子化合物 【变式1-4】纳米材料具有一些与传统材料不同的特征，下列关于纳米材料的叙述错误的是 （　　） A.三维空间尺寸必须都处于纳米尺度 B.具有既不同于微观粒子也不同于宏观物体的独特性质 C.是原子排列成的纳米数量级原子团 D.具有与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态 考点二 超分子 【例2】超分子内部分子间相互结合的作用一定不是 （　　） A.共价键 B.氢键 C.弱配位键 D.静电作用 【变式2-1】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。18⁃冠⁃6与钾离子形成的超分子结构如图所示。下列说法正确的是 （　　） A.含该超分子的物质属于分子晶体 B.冠醚可用于分离不同的碱金属离子 C.中心碱金属离子的配位数是不变的 D.冠醚与碱金属离子之间形成离子键 【变式2-2】“杯酚”能与C60形成超分子、但不能与C70形成超分子，利用此性质的差异，实验室可用来分离C60、C70。已知C60、C70与“杯酚”的结构如下： 下列叙述正确的是 （　　） A.C60、C70都是一种新型的化合物 B.C60、C70与“杯酚”均属于共价晶体 C.C60中虽然没有离子键，但固体为离子晶体 D.“杯酚”分子中既存在σ键又存在π键 基础达标 1.下列关于纳米材料的叙述正确的是 (　　) A.纳米材料包括纳米颗粒和颗粒间的界面两部分 B.将物体粉碎成几纳米的小颗粒即得到纳米材料 C.纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料 D.同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质 2.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 3.下列关于物质特殊聚集状态的结构的叙述中，错误的是 (　　) A.离子液体的基本构成微粒是阴、阳离子 B.超分子内部分子之间可以通过非共价键结合 C.液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性 D.纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分，两部分的排列都是有序的 4.下列说法正确的是 (　　) A.液晶是液体和晶体的混合物 B.混合型晶体是由多种类型晶体互相混合而成的晶体 C.石英和金刚石都是共价晶体，最小环上都有6个原子 D.大多数离子液体含有体积很大的阴阳离子，呈液态，难挥发 5.下列说法不正确的是 (　　) A.液晶态介于晶体状态和液态之间，液晶具有一定程度的晶体的有序性和液体的流动性 B.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 C.石油裂解、煤的干馏、玉米制醇、蛋白质的变性和纳米银粒子的聚集都是化学变化 D.燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施 6.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 ⑤纳米是长度单位 A.①②③④⑤ B.②③④ C.②③④⑤ D.①②③④ 7.下列说法符合科学性的是 (　　) A.某厂生产的食盐有益于人体健康，它是纳米材料，易吸收、易消化 B.某厂生产的食盐，处于液晶状态，是日常生活中不可缺少的物质 C.金的常规熔点为1 064 ℃，但2 nm尺寸金的熔点仅为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，可用于制造液晶显示器 8.我国科学家成功研制了SiO2超分子纳米管，下列叙述不正确的是 (　　) A.该超分子性质稳定，不与任何酸发生反应 B.SiO2是酸性氧化物 C.SiO2在工业上可用于制造光导纤维 D.SiO2与碱的反应是非氧化还原反应 9.液晶广泛用于电子仪表产品等，MBBA是一种研究较多的液晶材料，其化学式为C18H21NO，下列有关说法中正确的是 (　　) A.MBBA属于有机高分子化合物 B.MBBA由碳、氢、氧、氮四种元素组成 C.MBBA中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶2∶1 D.MBBA中含有一氧化氮分子 10.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 11.纳米是长度单位，1 nm＝1×10－9 m，物质的颗粒达到纳米级时，具有特殊的性质。如将单质铜制成“纳米铜”时，“纳米铜”具有非常强的化学活性，在空气中可以燃烧。下列对“纳米铜”的有关叙述中正确的是(　　) A.常温下，“纳米铜”比铜片的金属性强 B.常温下，“纳米铜”比铜片更易失去电子 C.常温下，“纳米铜”与铜片的还原性相同 D.常温下，“纳米铜”比铜片的氧化性强 综合应用 12.中科院化学所研制的晶体材料——纳米四氧化三铁，在核磁共振造影及医药上有广泛用途，其生产过程的部分流程如下所示： FeCl3·6H2OFeOOH纳米四氧化三铁 下列有关叙述不合理的是 (　　) A.纳米四氧化三铁具有磁性，可作为药物载体用于治疗疾病 B.纳米四氧化三铁可分散在水中，它与FeCl3溶液的分散质直径大小相等 C.在反应①中环丙胺的作用可能是促进氯化铁水解 D.反应②的化学方程式是6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2 13.碳纳米管、石墨烯、C60等新型碳材料具有广阔的应用前景。下列说法正确的是 (　　) A.碳纳米管属于胶体 B.石墨烯属于有机化合物 C.C60与金刚石互为同素异形体 D.均具有相同的熔点 14.利用超分子可分离C60和C70。将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图所示。下列说法错误的是 (　　) A.第一电离能：C＜O B.“杯酚”分子中存在大π键 C.“杯酚”分子与C60分子间形成氢键 D.C60与金刚石晶体类型不同 15.美国科学家用有机分子和球形笼状分子C60，首次制成了“纳米车”（如图所示），每辆“纳米车”是用一个有机分子和四个球形笼状分子“组装”而成。下列说法正确的是 （　　） A.我们可以直接用肉眼清晰地看到这种“纳米车”的运动 B.“纳米车”的诞生，说明人类操纵分子的技术进入一个新阶段 C.“纳米车”是一种分子晶体 D.C60熔点比金刚石熔点高 16.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 17.科学家利用四种原子序数依次递增的短周期元素W、X、Y、Z“组合”成一种具有高效催化性能的超分子，其分子结构示意图如图所示（注：实线代表共价键，其他重复单元的W、X未标注）。W、X、Z分别位于不同周期，Z的原子半径在同周期元素中最大。下列说法不正确的是 （　　） A.Y的单质的氧化性在同主族中最强 B.简单离子半径：Z>Y C.Z与Y可形成多种离子化合物 D.简单氢化物的热稳定性：Y>X 18.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甲酸丁酯吡啶分子及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示。 （1）Mo位于第5周期ⅥB族，基态原子核外电子排布与Cr相似，则基态Mo原子的价电子排布式为________；核外未成对电子数为_______。 （2）该超分子中存在的化学键类型有_______(填字母)。 A.σ键 B.π键 C.离子键 D.氢键 （3）配体CO中提供孤电子对的原子是______(填元素符号)；p­甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有_______。 （4）从电负性角度解释CF3COOH的酸性强于CH3COOH的原因____________。 （5） C60与金刚石互为同素异形体，从结构与性质的关系角度解释C60的熔点远低于金刚石的原因________。 拓展培优 19.冠醚是由多个二元醇分子之间失水形成的环状化合物。X、Y、Z是常见的三种冠醚，其结构如图所示。它们能与碱金属离子作用，并且随着环的大小不同而与不同金属离子作用。 （1）Li＋的体积与X的空腔大小相近，恰好能进入X的环内，且Li＋与氧原子的一对孤电子对作用形成稳定结构W(如图)。 ①基态锂离子核外能量最高的电子所处电子层符号为________。 ②W中Li＋与孤电子对之间的作用属于________(填字母)。 A.离子键 B.共价键 C.配位键 D.氢键 E.以上都不是 （2）冠醚Y能与K＋形成稳定结构，但不能与Li＋形成稳定结构。理由是__________。 （3）烯烃难溶于水，被KMnO4水溶液氧化的效果较差。若烯烃中溶入冠醚Z，氧化效果明显提升。 ①水分子中键角________(填“>”“<”或“＝”)109°28′。 ②已知：冠醚Z与KMnO4可以发生如图所示的变化。 加入冠醚Z后，烯烃的氧化效果明显提升的原因是_________。 20.西北工业大学曾华强课题组借用足球烯核心，成功实现了高效且选择性可精准定制的离子跨膜运输，如图甲所示。 已知：图甲中的有机物为“冠醚”，命名规则是“环上原子个数⁃冠⁃氧原子个数”。 请回答下列问题： （1）基态Cs原子的价电子排布式为　　　　　。基态K原子的核外电子云有　　　　个伸展方向。  （2）运输Cs+的冠醚名称是　　　　　　　。冠醚分子中氧原子的杂化类型是　　　　　，冠醚与碱金属离子之间存在微弱的配位键，配位原子是　　　　　（填元素符号）。  （3）几种冠醚与识别的碱金属离子的有关数据如下表所示： 冠醚 冠醚空腔直径/pm 适合的粒子（直径/pm） 12⁃冠⁃4 120~150 Li+（152） 15⁃冠⁃5 170~220 Na+（204） 18⁃冠⁃6 260~320 K+（276） —— 340~430 Rb+（304） Cs+（334） 18⁃冠⁃6不能识别和运输Na+和Cs+的原因是　　　。观察图甲，冠醚不能识别和运输X-的主要原因可能是　　　。  （4）足球烯的结构如图乙所示。1 mol足球烯含　　　　mol σ键。  （5）锂晶体结构及晶胞如图丙所示。锂晶胞中底边长为a pm，高为b pm，设NA为阿伏加德罗常数的值，则锂晶体的密度为　　　　g· cm-3（用含字母的式子表示）。  学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 教材知识解读·讲透重点难点·方法能力构建·同步分层测评 第3章 不同聚集状态的物质与性质 第3节 液晶、纳米材料与超分子 教习目标 1.了解液晶、纳米材料与超分子的结构特征及特殊性质。 2.了解上述聚集状态物质的实际用途和作用。 ◆知识点一 液晶 1.概念 在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又具有类似晶体的各向异性的物质。 2.结构 液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列。 3.性质 在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类似晶体的各向异性。 4.用途 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。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，液晶分子变成沿电场方向排列；而在移去电场之后，液晶分子又恢复到原来的状态。 即学即练 1.下列有关液晶的叙述不正确的是 （　　） A.具有液体的流动性和晶体的各向异性 B.可用来制造液晶显示器 C.不是物质的一种聚集状态 D.液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响 【答案】C 【解析】在一定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，这类物质称为液晶，A正确；液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响，这是液晶的性质，也可以用来解释为什么可以用液晶来做液晶显示器，B、D正确；液晶是物质的一种聚集状态，C错误。 2.电子手表、计算器、计算机显示器都运用了液晶材料显示图像和文字。下列有关其显示原理的叙述正确的是 (　　) 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，在施加电压时，液晶分子能够沿电场方向排列，而在移去电场之后，液晶分子又恢复到原来的状态，由此，在两种不同条件下，液晶材料的旋光性能发生变化，从而达到控制显示的目的，B项正确。 ◆知识点二 纳米材料 1.组成 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。 2.结构 纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序，而界面则为无序结构。 3.性质及应用 （1）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。 （2）纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面完全不同于由微米量级或毫米量级的结构颗粒构成的材料。例如，纳米陶瓷不仅硬度高、强度高，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。 4.纳米材料“明星” 富勒烯、石墨烯和碳纳米管。其中，碳纳米管因其纤维长、强度高、韧性高等特点被称为“超级纤维”。 5.形态各异的纳米材料 （1）优良的金属导体在尺寸减小到几纳米时就可成为绝缘体，多数金属纳米颗粒在特定尺寸时会呈现黑色，因此纳米金属材料可用于制作隐形飞机上的雷达吸波材料。 （2）金的熔点为1 064 ℃，但2 nm尺寸金的熔点仅为327 ℃左右。不同颗粒大小的纳米金在溶液中会呈现不同的颜色。 （3）磁流体又称磁性液体，是磁性纳米粒子的超稳定悬浮液。 即学即练 1.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液溶胶 B.用纳米级金属颗粒粉剂作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项错误。 2.（1）（CH3）3NH+和［AlCl4］-可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子组成，熔点低于100 ℃，其挥发性一般比有机溶剂　　　　（填“大”或“小”），可用作　　　　（填字母）。  a.助燃剂 b.“绿色”溶剂 c.复合材料 d.绝热材料 （2）在纳米级的空间中，水的结冰温度是怎样的呢？为此，科学家对不同直径碳纳米管中水的结冰温度进行分析。下图是四种不同直径碳纳米管中的冰柱结构及结冰温度，冰柱的大小取决于碳纳米管的直径。水在碳纳米管中结冰的规律是　　　　。  【答案】（1）小　b （2）碳纳米管直径越大，结冰温度越低 【解析】（1）由（CH3）3NH+和［AlCl4］-形成的离子液体，阴、阳离子间的作用力大于有机溶剂分子间的范德华力，因此其挥发性一般比有机溶剂小。该离子液体中不含氧，则其不助燃；液体一般不能用作复合材料；由阴、阳离子形成的离子液体，具有导热性，不可能用作绝热材料。（2）由题图可知，随着碳纳米管直径的增大，结冰温度依次为27 ℃、7 ℃、-53 ℃、-83 ℃，即碳纳米管直径越大，结冰温度越低。 ◆知识点三 超分子 1.定义 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。 例如，DNA中两条分子链之间通过氢键的作用而组合在一起，细胞膜中的磷脂分子通过疏水端相互作用形成双层膜结构。 3.应用实例 （1）冠醚催化有机反应：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，从而催化反应。如KMnO4水溶液对烯烃的氧化效果较差，在烯烃中溶入特定的冠醚后，冠醚能与K+结合而将Mn也携带进入烯烃；冠醚不与Mn结合，使游离或裸露的Mn反应活性很高，从而使氧化反应迅速发生。 （2）通过加入酸和碱，实现分子梭在两个不同状态之间的切换，从而完成分子组装。还可以实现分子识别。 （3）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，如功能材料等。 即学即练 1.冠醚能与阳离子作用，12⁃冠⁃4与Li+作用而不与K+作用；18⁃冠⁃6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KCN带入溴乙烷中 【答案】B 【解析】由题意得，冠醚不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子，A正确；由图可知18⁃冠⁃6中O原子与相邻的2个C形成极性共价键，O带部分负电荷，与钾离子之间存在静电作用，但是冠醚分子、O原子均不是离子，故O原子与 K+ 间不存在离子键，B错误；12⁃冠⁃4中C均为饱和碳原子，C、O的价电子对数均为4，故C和O的杂化轨道类型相同，均为sp3杂化，C正确；利用该原理可以用冠醚将 KCN 带入有机物中，D正确。 2.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　　（填字母）。  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 【解析】（1）该分子中只存在共价键，共价单键为σ键，共价双键中含有σ键和π键。 一、液晶、纳米材料、超分子的比较与判断 液晶 纳米材料 超分子 含义 在一定的温度范围内既有液体的可流动性，又表现出类似晶体的各向异性的物质 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。颗粒内部原子排列有序，界面无序，即具有不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质 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 特征 折射率、磁化率、电导率等均表现出各向异性，液晶显示的驱动电压低、功率小 粒子细化、界面原子比例高，使纳米材料在光、声、电、磁、热、化学反应等方面具有特性 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 重要应用 制造液晶显示器，应用于电子表、数字仪表等 用于化妆品、涂料、食品、化纤布料、隐形飞机等 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，如功能材料等 实践应用　　　　　　　　　　　 1.下列有关液晶的叙述中不正确的是 (　　) A.具有液体的流动性、晶体的各向异性 B.可用于制造液晶显示器 C.不是物质的一种聚集状态 D.液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响 【答案】C 【解析】由液晶的定义可知液晶是物质的一种聚集状态，C错误，所以A正确；液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响，这是液晶的性质，也可以用来解释为什么可以用液晶来做液晶显示器，所以B、D都正确。 2.我国科学家成功合成了3 nm长的管状定向碳纳米管。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的)、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.碳纤维复合材料为高分子化合物 【答案】D 【解析】由于碳纤维的强度高、刚度高、密度小，它也可以是制造飞机的理想材料；碳纤维复合材料的主要组成元素是碳，不是高分子化合物，其性质稳定，抗腐蚀能力强。 3.美国科学家用有机分子和球形笼状分子C60，首次制成了“纳米车”(如图所示)，每辆“纳米车”是用一个有机分子和四个球形笼状分子“组装”而成。下列说法正确的是 (　　) A.我们可以直接用肉眼清晰地看到这种“纳米车”的运动 B.“纳米车”的诞生，说明人类操纵分子的技术进入一个新阶段 C.“纳米车”是一种分子晶体 D.C60熔点比金刚石熔点高 【答案】B 【解析】“纳米车”是肉眼不能看见的，A项错误；“纳米车”只是几个分子的“组装”体，并非晶体，C项错误；C60属于分子晶体，熔点要比金刚石低得多，D项错误。 考点一 物质的聚集状态 液晶 纳米材料 【例1】下列关于聚集状态的叙述错误的是 （　　） A.物质只有气、液、固三种聚集状态 B.气态是高度无序的体系存在状态 C.固态中的原子或分子结合的较紧凑，相对运动较弱 D.液态物质微粒间的距离和作用力的强弱介于固、气两态之间，表现出明显的流动性 【答案】　A 【解析】物质的聚集状态除了气、液、固三态外，还有其他聚集状态，如液晶、纳米材料等，A错误；物质处于气态时，分子间距离大，分子运动速度快，体系处于高度无序状态，B正确；对于固态物质，原子或分子相距很近，分子难以平动和转动，但能够在一定位置上做不同程度的振动，C正确；对液态物质而言，分子相距比较近，分子间作用力也较强，分子的转动明显活跃，平动也有所增加，使之表现出明显的流动性，D正确。 【变式1-1】目前最热门的机器人材料液晶弹性体是一种最具代表性的智能材料，在外界刺激下，其相态或分子结构会产生变化，进而改变液晶基元的排列顺序，从而导致材料本身发生宏观形变，当撤去外界刺激后，液晶弹性体可以恢复到原来的形状。下列说法错误的是 （　　） A.该液晶同时具有各向异性和弹性 B.这种液晶弹性体机器人可以采用热、光、电、磁等进行驱动 C.该液晶弹性体具有形状记忆功能 D.液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，而固体SiO2一定是晶体 【答案】D 【解析】液晶具有各向异性，根据题意其具有弹性，故A正确；液晶的各向异性即在热、电、光、磁等改变的情况下发生形变从而驱动，故B正确；液晶弹性体可以恢复到原来的形状即形状记忆功能，故C正确；液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，固体SiO2有晶体和非晶体之分，故D错误。 【变式1-2】下列关于纳米材料基本构成微粒的叙述错误的是 （　　） A.是长程无序的一种结构状态 B.纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分，两部分的排列都是有序的 C.既不是微观粒子，也不是宏观物质 D.碳纳米材料中的石墨烯、富勒烯（C60）互为同素异形体 【答案】B 【解析】纳米材料是短程有序而长程无序的一种结构状态，A正确；纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序，而界面则为无序结构，故B错误；纳米材料的基本构成微粒处于纳米数量级，既不是微观粒子，也不是宏观物质，C正确；石墨烯、富勒烯（C60）互为同素异形体，D正确。 【变式1-3】我国科学家成功合成了3 nm长的管状定向碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度（抵抗变形的能力）高、密度小（只有钢的）、熔点高、化学性质稳定性好的特点，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.碳纤维复合材料为高分子化合物 【答案】D 【解析】由于碳纤维的强度高、刚度高、密度小，它可以是制造飞机的理想材料；碳纤维复合材料的主要组成元素是碳，性质稳定，抗腐蚀能力强。 【变式1-4】纳米材料具有一些与传统材料不同的特征，下列关于纳米材料的叙述错误的是 （　　） A.三维空间尺寸必须都处于纳米尺度 B.具有既不同于微观粒子也不同于宏观物体的独特性质 C.是原子排列成的纳米数量级原子团 D.具有与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态 【答案】A 【解析】纳米颗粒的三维空间尺寸只要有一维处于纳米尺度即可，故A错误；由于纳米粒子存在巨大的比表面积，由纳米粒子构成的材料，往往产生既不同于微观原子、分子，也不同于宏观物质的特性，故B正确。 考点二 超分子 【例2】超分子内部分子间相互结合的作用一定不是 （　　） A.共价键 B.氢键 C.弱配位键 D.静电作用 【答案】A 【解析】超分子内部分子间通过非共价键相结合，包括氢键、静电作用、疏水作用、弱配位键等，A项符合题意。 【变式2-1】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。18⁃冠⁃6与钾离子形成的超分子结构如图所示。下列说法正确的是 （　　） A.含该超分子的物质属于分子晶体 B.冠醚可用于分离不同的碱金属离子 C.中心碱金属离子的配位数是不变的 D.冠醚与碱金属离子之间形成离子键 【答案】B 【解析】冠醚与碱金属离子形成的配合物中还含有阴离子，该物质是离子晶体，A错误；由题意得，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，故可用于分离不同的碱金属离子，B正确；不同的碱金属离子直径大小不同，配位数随着空穴大小不同而改变，形成的超分子中心碱金属离子配位数也不同，C错误。 【变式2-2】“杯酚”能与C60形成超分子、但不能与C70形成超分子，利用此性质的差异，实验室可用来分离C60、C70。已知C60、C70与“杯酚”的结构如下： 下列叙述正确的是 （　　） A.C60、C70都是一种新型的化合物 B.C60、C70与“杯酚”均属于共价晶体 C.C60中虽然没有离子键，但固体为离子晶体 D.“杯酚”分子中既存在σ键又存在π键 【答案】D 【解析】C60、C70都是由一种元素组成的单质，故A错误；C60、C70与“杯酚”均属于分子晶体，B项错误；C60中碳原子间形成的是共价键，但固体为分子晶体，故C错误；“杯酚”分子结构中含有苯环，故存在σ键和π键，故D正确。 基础达标 1.下列关于纳米材料的叙述正确的是 (　　) A.纳米材料包括纳米颗粒和颗粒间的界面两部分 B.将物体粉碎成几纳米的小颗粒即得到纳米材料 C.纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料 D.同一种金属元素构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】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，A项正确，B、C项错误；同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体在性质上具有很大的差别，如金的常规熔点为1 064 ℃，但2 nm尺寸金的熔点仅为327 ℃左右，D项错误。 2.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 【解析】超分子不同于蛋白质、淀粉等大分子，也不是由小分子通过聚合得到的高分子，超分子是由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，故选D。 3.下列关于物质特殊聚集状态的结构的叙述中，错误的是 (　　) A.离子液体的基本构成微粒是阴、阳离子 B.超分子内部分子之间可以通过非共价键结合 C.液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性 D.纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分，两部分的排列都是有序的 【答案】D 【解析】离子液体一般由有机阳离子和无机阴离子构成，A项正确；超分子内部分子之间可以通过非共价键结合，如氢键、静电作用等，B项正确；液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，使液晶在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类似晶体的各向异性，C项正确；纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序，而界面则为无序结构，D项错误。 4.下列说法正确的是 (　　) A.液晶是液体和晶体的混合物 B.混合型晶体是由多种类型晶体互相混合而成的晶体 C.石英和金刚石都是共价晶体，最小环上都有6个原子 D.大多数离子液体含有体积很大的阴阳离子，呈液态，难挥发 【答案】D 【解析】液晶并不是指液体和晶体的混合物，而是一种特殊的物质，液晶像液体一样可以流动，又具有晶体各向异性的特性，A错误；有一些晶体，晶体内可能同时存在着若干种不同的作用力，具有若干种晶体的结构和性质，这类晶体称为混合型晶体，混合型晶体不是混合物，B错误；石英是SiO2，由其结构可知最小环中有12个原子，C错误；大多数离子液体含有体积很大的阴阳离子，呈液态，难挥发，因此离子液体可做溶剂，选项D正确。 5.下列说法不正确的是 (　　) A.液晶态介于晶体状态和液态之间，液晶具有一定程度的晶体的有序性和液体的流动性 B.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 C.石油裂解、煤的干馏、玉米制醇、蛋白质的变性和纳米银粒子的聚集都是化学变化 D.燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施 【答案】C 【解析】液晶是在一定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，所以既具有一定程度的晶体的有序性，又具有液体的流动性，A项正确；相等质量的冰晶体中，水分子间形成的氢键比液态水中的多，由于氢键的作用，水分子间的空隙大，所以冰的密度比液态水的小，水在4 ℃时密度最大，B项正确；纳米银粒子的聚集是物理变化，C项错误；燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和将氮氧化物催化转化为无污染的气体，均可有效减少酸雨的产生，D项正确。 6.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 ⑤纳米是长度单位 A.①②③④⑤ B.②③④ C.②③④⑤ D.①②③④ 【答案】A 【解析】纳米材料的性能包括提高材料的强度、硬度、改变颜色、增强磁性等。纳米技术能制造出纳米“机器人”，进入人体杀死癌细胞，制作的量子磁盘，能作高密度的磁记录。纳米是长度单位。 7.下列说法符合科学性的是 (　　) A.某厂生产的食盐有益于人体健康，它是纳米材料，易吸收、易消化 B.某厂生产的食盐，处于液晶状态，是日常生活中不可缺少的物质 C.金的常规熔点为1 064 ℃，但2 nm尺寸金的熔点仅为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，可用于制造液晶显示器 【答案】D 【解析】食盐易溶于水，易被吸收，不是纳米材料，故A错误；食盐通常处于晶体状态，而不是处于液晶状态，故B错误；纳米材料不同于一般的晶体、非晶体，故C错误；液晶是一种具有晶体性质的特殊物质，可用于制造液晶显示器，故D正确。 8.我国科学家成功研制了SiO2超分子纳米管，下列叙述不正确的是 (　　) A.该超分子性质稳定，不与任何酸发生反应 B.SiO2是酸性氧化物 C.SiO2在工业上可用于制造光导纤维 D.SiO2与碱的反应是非氧化还原反应 【答案】A 【解析】二氧化硅能与氢氟酸发生反应，A错误；SiO2能与碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物，B正确；SiO2制成的纤维能够传导光波和各种光信号，在工业上可用于制造光导纤维，C正确；SiO2与碱反应生成盐和水，是非氧化还原反应，D正确。 9.液晶广泛用于电子仪表产品等，MBBA是一种研究较多的液晶材料，其化学式为C18H21NO，下列有关说法中正确的是 (　　) A.MBBA属于有机高分子化合物 B.MBBA由碳、氢、氧、氮四种元素组成 C.MBBA中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶2∶1 D.MBBA中含有一氧化氮分子 【答案】B 【解析】有机高分子化合物是由一类相对分子质量很大的物质，且无固定的化学式，A错误；MBBA由碳、氢、氧、氮四种元素组成，B正确；由MBBA的化学式可知，其分子中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶1∶1，C错误；MBBA是由C18H21NO分子构成的化合物，D错误。 10.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 【解析】纳米粒子直径为1～100 nm，符合胶体分散质大小的要求，可制成胶体， A项错误；纳米材料具有表面效应和体积效应，一定条件下，纳米粒子可催化水的分解，故B正确；一定条件下，纳米TiO2陶瓷可发生任意弯曲，可塑性好，故C正确；纳米材料具有表面效应和体积效应，纳米粒子半径小，表面活性高，D项正确。 11.纳米是长度单位，1 nm＝1×10－9 m，物质的颗粒达到纳米级时，具有特殊的性质。如将单质铜制成“纳米铜”时，“纳米铜”具有非常强的化学活性，在空气中可以燃烧。下列对“纳米铜”的有关叙述中正确的是(　　) A.常温下，“纳米铜”比铜片的金属性强 B.常温下，“纳米铜”比铜片更易失去电子 C.常温下，“纳米铜”与铜片的还原性相同 D.常温下，“纳米铜”比铜片的氧化性强 【答案】C 【解析】“纳米铜”因其表面积大，所以化学反应速率大，但基本化学性质没有改变。 综合应用 12.中科院化学所研制的晶体材料——纳米四氧化三铁，在核磁共振造影及医药上有广泛用途，其生产过程的部分流程如下所示： FeCl3·6H2OFeOOH纳米四氧化三铁 下列有关叙述不合理的是 (　　) A.纳米四氧化三铁具有磁性，可作为药物载体用于治疗疾病 B.纳米四氧化三铁可分散在水中，它与FeCl3溶液的分散质直径大小相等 C.在反应①中环丙胺的作用可能是促进氯化铁水解 D.反应②的化学方程式是6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2 【答案】B 【解析】纳米四氧化三铁为磁性纳米晶体材料作为药物载体用于疾病的治疗，故A正确；纳米四氧化三铁分散在适当分散剂中，属于胶体分散系，不同于溶液的溶质微粒直径，故B错误；因反应②环丙胺不参加反应，但加快反应速率，即加快了氯化铁水解，故C正确；由制备过程图可知，反应③的反应物为FeOOH和CO，由一种生成物为Fe3O4和质量守恒定律可知反应为6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2，故D正确。 13.碳纳米管、石墨烯、C60等新型碳材料具有广阔的应用前景。下列说法正确的是 (　　) A.碳纳米管属于胶体 B.石墨烯属于有机化合物 C.C60与金刚石互为同素异形体 D.均具有相同的熔点 【答案】C 【解析】碳纳米管是一种纳米材料，与胶粒直径吻合，需要分散到分散剂中才能形成胶体，A错误；石墨烯是由石墨剥离出的单层碳原子结构构成的单质，不属于有机化合物，B错误；C60与金刚石同属于碳的单质，互为同素异形体，C正确；不同的新型碳材料因结构不同应具有不同的熔点，D错误。 14.利用超分子可分离C60和C70。将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图所示。下列说法错误的是 (　　) A.第一电离能：C＜O B.“杯酚”分子中存在大π键 C.“杯酚”分子与C60分子间形成氢键 D.C60与金刚石晶体类型不同 【答案】C 【解析】同周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而整体呈增大趋势，所以第一电离能：C＜O，A项正确；“杯酚”分子中含有苯环结构，具有大π键，B项正确；氢键是已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很大的原子之间的作用力，所以“杯酚”分子与C60分子形成的不是氢键，C项错误；金刚石是共价晶体，C60是分子晶体，二者晶体类型不同，D项正确。 15.美国科学家用有机分子和球形笼状分子C60，首次制成了“纳米车”（如图所示），每辆“纳米车”是用一个有机分子和四个球形笼状分子“组装”而成。下列说法正确的是 （　　） A.我们可以直接用肉眼清晰地看到这种“纳米车”的运动 B.“纳米车”的诞生，说明人类操纵分子的技术进入一个新阶段 C.“纳米车”是一种分子晶体 D.C60熔点比金刚石熔点高 【答案】B 【解析】“纳米车”是肉眼不能看见的，A项错误；“纳米车”只是几个分子的“组装”体，并非晶体，C项错误；C60属于分子晶体，熔点要比金刚石低得多，D项错误。 16.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。 17.科学家利用四种原子序数依次递增的短周期元素W、X、Y、Z“组合”成一种具有高效催化性能的超分子，其分子结构示意图如图所示（注：实线代表共价键，其他重复单元的W、X未标注）。W、X、Z分别位于不同周期，Z的原子半径在同周期元素中最大。下列说法不正确的是 （　　） A.Y的单质的氧化性在同主族中最强 B.简单离子半径：Z>Y C.Z与Y可形成多种离子化合物 D.简单氢化物的热稳定性：Y>X 【答案】B 【解析】根据题图可知，W形成1个共价键，且是四种短周期元素W、X、Y、Z中原子序数最小的元素，说明W原子核外只有1个电子，又W、X、Z分别位于不同周期，则W是H元素；X形成4个共价键，则X是C元素；Z的原子半径在同周期元素中最大，则Z是Na元素；Y形成2个共价键，其原子序数比C元素的大，比Na元素的小，则Y是O元素。同主族自上而下，元素非金属性逐渐减弱，单质的氧化性逐渐减弱，故O2的氧化性在同主族中最强，A项正确；电子层结构相同的不同离子，核电荷数越大，离子半径越小，故简单离子半径：Na+<O2-，B项错误；O、Na两种元素可形成Na2O、Na2O2等离子化合物，C项正确；元素的非金属性越强，其形成的简单氢化物的热稳定性就越强，元素的非金属性：C<O，所以形成的简单氢化物的热稳定性：CH4<H2O，D项正确。 18.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甲酸丁酯吡啶分子及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示。 （1）Mo位于第5周期ⅥB族，基态原子核外电子排布与Cr相似，则基态Mo原子的价电子排布式为________；核外未成对电子数为_______。 （2）该超分子中存在的化学键类型有_______(填字母)。 A.σ键 B.π键 C.离子键 D.氢键 （3）配体CO中提供孤电子对的原子是______(填元素符号)；p­甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有_______。 （4）从电负性角度解释CF3COOH的酸性强于CH3COOH的原因____________。 （5） C60与金刚石互为同素异形体，从结构与性质的关系角度解释C60的熔点远低于金刚石的原因________。 【答案】（1）4d55s1　6　（2）AB　（3）C　sp2和sp3　（4）F元素的电负性强于H元素，对成键电子的吸引能力强于H元素，使共用电子对偏向F，氧氢键较易断裂 （5）C60是分子晶体，金刚石是共价晶体，共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所需的能量 【解析】（1）基态Cr原子的价电子排布式为3d54s1，而Mo与Cr同族，但周期数比Cr的大1，因而基态Mo原子的价电子排布式为4d55s1，核外未成对电子数为6。（2）该超分子的结构中有双键，说明该超分子中有σ键和π键，分子中不存在离子键，根据题给信息可知分子中有配位键，因而选AB。（3）CO做配体时C做配位原子，因为O提供孤电子对给C，C变成负电子重心，有提供电子对形成配位键的能力；p­甲酸丁酯吡啶中酯基中C原子的杂化方式为sp2，在丁基中C原子形成四个单键，其杂化方式为sp3。 （4）F元素的电负性强于H元素，对成键电子的吸引能力强于H元素，使共用电子对偏向F元素，氧氢键较易断裂，因此CF3COOH的酸性强于CH3COOH。 （5）根据晶体类型不同，C60是分子晶体，金刚石是共价晶体，共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所需的能量。 拓展培优 19.冠醚是由多个二元醇分子之间失水形成的环状化合物。X、Y、Z是常见的三种冠醚，其结构如图所示。它们能与碱金属离子作用，并且随着环的大小不同而与不同金属离子作用。 （1）Li＋的体积与X的空腔大小相近，恰好能进入X的环内，且Li＋与氧原子的一对孤电子对作用形成稳定结构W(如图)。 ①基态锂离子核外能量最高的电子所处电子层符号为________。 ②W中Li＋与孤电子对之间的作用属于________(填字母)。 A.离子键 B.共价键 C.配位键 D.氢键 E.以上都不是 （2）冠醚Y能与K＋形成稳定结构，但不能与Li＋形成稳定结构。理由是__________。 （3）烯烃难溶于水，被KMnO4水溶液氧化的效果较差。若烯烃中溶入冠醚Z，氧化效果明显提升。 ①水分子中键角________(填“>”“<”或“＝”)109°28′。 ②已知：冠醚Z与KMnO4可以发生如图所示的变化。 加入冠醚Z后，烯烃的氧化效果明显提升的原因是_________。 【答案】（1）①K　②C （2）Li＋半径比Y的空腔小很多，不易与空腔内O原子的孤电子对作用形成稳定结构 （3）①<　②冠醚Z可溶于烯烃，加入冠醚Z中的K＋因静电作用将MnO带入烯烃中，增大反应物的接触面积，提高了氧化效果 【解析】　（1）①基态锂离子核外只有1s能级上有电子，为K层上的电子，所以其电子层符号为K。②Li＋提供空轨道、O原子提供孤电子对，二者形成配位键。（2）冠醚Y空腔较大，Li＋半径较小，导致该离子不易与氧原子的孤电子对形成配位键，所以得不到稳定结构。（3）①水分子中氧原子的价电子对数是4，根据价电子对互斥理论判断水分子价电子对空间结构为四面体形。由于水分子中O原子含有2对孤电子对，孤电子对之间的排斥力较强，导致水分子中键角小于109°28′。②根据相似相溶原理知，冠醚Z可溶于烯烃，加入冠醚Z中的K＋因静电作用将MnO带入烯烃中，增大反应物的接触面积，提高了氧化效果。 20.西北工业大学曾华强课题组借用足球烯核心，成功实现了高效且选择性可精准定制的离子跨膜运输，如图甲所示。 已知：图甲中的有机物为“冠醚”，命名规则是“环上原子个数⁃冠⁃氧原子个数”。 请回答下列问题： （1）基态Cs原子的价电子排布式为　　　　　。基态K原子的核外电子云有　　　　个伸展方向。  （2）运输Cs+的冠醚名称是　　　　　　　。冠醚分子中氧原子的杂化类型是　　　　　，冠醚与碱金属离子之间存在微弱的配位键，配位原子是　　　　　（填元素符号）。  （3）几种冠醚与识别的碱金属离子的有关数据如下表所示： 冠醚 冠醚空腔直径/pm 适合的粒子（直径/pm） 12⁃冠⁃4 120~150 Li+（152） 15⁃冠⁃5 170~220 Na+（204） 18⁃冠⁃6 260~320 K+（276） —— 340~430 Rb+（304） Cs+（334） 18⁃冠⁃6不能识别和运输Na+和Cs+的原因是　　　。观察图甲，冠醚不能识别和运输X-的主要原因可能是　　　。  （4）足球烯的结构如图乙所示。1 mol足球烯含　　　　mol σ键。  （5）锂晶体结构及晶胞如图丙所示。锂晶胞中底边长为a pm，高为b pm，设NA为阿伏加德罗常数的值，则锂晶体的密度为　　　　g· cm-3（用含字母的式子表示）。  【答案】（1）6s1　4　（2）21⁃冠⁃7　sp3 杂化　O （3）Na+直径太小，Cs+直径太大　氧的电负性较大，X-带负电荷，冠醚与阴离子作用力弱 （4）90　（5）×1030 【解析】（1）Cs为第6周期ⅠA族元素，故基态Cs原子的价电子排布式为6s1；K原子ns能级有一个伸展方向，np能级有3个伸展方向，故基态K原子的核外电子云有4个伸展方向。 （2）运输Cs+的冠醚的分子中有21个原子，7个氧原子，故名称为21⁃冠⁃7；冠醚分子中氧原子有2个σ键，孤电子对数为2，价电子对数为4，故轨道的杂化类型是sp3杂化；氧原子有孤电子对，故氧原子形成配位键。 （4）1个C60分子有60个碳原子，每个碳原子与周围3个碳原子成键，每个碳原子成键数量为×3=1.5，则1 mol足球烯成键数量为1 mol×60×1.5=90 mol。 （5）图丙锂晶胞中含有原子数为1+4×+4×=2，晶胞的体积为V=a2b×10-30 cm3，则锂晶体的密度为ρ= g·cm-3=×1030 g·cm-3。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $