第3章 第3节 液晶、纳米材料与超分子（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（鲁科版）

本高中化学讲义聚焦液晶、纳米材料与超分子三大核心知识点，系统梳理液晶的分子排列与各向异性、纳米材料的颗粒-界面结构与独特性能、超分子的非共价键作用与分子识别，构建物质聚集状态多样性的学习支架。 资料通过“纳米材料是否晶体”等辨析问题培养科学思维，结合碳纳米管应用、超分子催化剂等实例渗透科学态度与责任，练习题含高考真题，课中辅助教学深化理解，课后助力学生查漏补缺，提升知识应用能力。

第3节　液晶、纳米材料与超分子 [素养目标]　1.初步了解液晶、纳米材料、超分子等不同聚集状态的物质结构及特殊性质。2.初步了解这些聚集体的实际用途及作用。 知识点　液晶　纳米材料　超分子 一、液晶 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：具有既不同于微观粒子，又不同于宏观物体的独特性质。 4．应用：富勒烯(C60等球碳)、石墨烯(单层石墨片)和碳纳米管是纳米材料中的“明星”，因其独特性能而具有广阔的应用前景。如： (1)碳纳米管是由石墨片卷绕而成的无缝、中空“微管”，具有纤维长、强度高、韧性高、质量轻的特点，被称为“超级纤维”，此外，还具有特殊的电学、热学、光学和储氢等方面的应用。 (2)利用纳米材料合成的纳米机器，可用于消灭传染性微生物、逐个杀死癌细胞、清除血液中的血小板、修复受损细胞、吞噬有害物质、制造原子大小的超级计算机等。 (3)向化妆品中加入纳米颗粒可使化妆品具备防紫外线功能；在化纤布料中加入少量纳米颗粒可使化纤布料防静电。 三、超分子 1．定义 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．作用力 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．示例——冠醚及作用 冠醚能与阳离子(尤其是碱金属阳离子)作用，随环的大小不同而与不同的金属离子作用，将金属阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，成为有机反应的催化剂。 4．超分子研究的重要作用 通过超分子化学的研究，模拟生物系统，进行分子的识别、设计和组装，甚至复制出一些新型的分子材料，如具有分子识别能力的高效专业的新型催化剂，有效的新型药物，集成度高、体积小、功能强的分子器件，生物传感器以及很多具有光、电、磁、声、热等特性的功能材料等。 1．纳米材料属于晶体还是胶体？ 提示：纳米材料既不属于晶体也不属于胶体。 2．液晶是晶体吗？ 提示：不是。液晶是不同于晶体的一类物质的聚集状态，它既具有液体的可流动性又具有晶体的各向异性。 3．超分子就是相对分子质量很大的分子吗？为什么？ 提示：不是，因为超分子是两个或多个分子相互“组合”的聚集体，不是单个分子，相对分子质量也不一定很大，如冠醚。 1．液晶是物质的一种聚集状态，而不属于晶体，但由于其内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，而表现出与晶体类似的各向异性，同时也呈液态具有流动性。 2．虽说纳米颗粒内部呈晶状结构，但颗粒界面则呈无序结构，故纳米材料不是晶体；纳米材料是由纳米颗粒构成，而胶体是纳米颗粒的分散系，故纳米材料不是胶体。 3．超分子不是一种分子，而是多个分子通过非共价键作用结合而成的一种分子聚集体，属于混合物，由于多个分子的协同作用而表现出一定的性能而具有重要的应用。 1．下列不能看作超分子的是(　　) A．两个DNA分子链通过氢键结合在一起 B．细胞膜中的磷脂分子的双层膜结构 C．冠醚与金属离子的聚集体 D．所有以氢键结合在一起的分子 答案　D 2．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 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，这种液体称为液态晶体，简称液晶，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。 答案　C 3．关于纳米材料，下列说法正确的是(　　) ①纳米是长度单位 ②将材料制成纳米尺度可提高材料的磁性 ③将材料制成纳米尺度可大大提高材料的强度和硬度 ④纳米机器人“医生”能进入人体杀死癌细胞 ⑤纳米材料能制作高贮存密度的量子磁盘 A．②③④　　　　　　 B．①②③④ C．②③④⑤ D．①②③④⑤ 解析　纳米是长度单位；将材料制成纳米尺度可提高材料的磁性、强度和硬度等；科学家有望通过纳米技术制造出纳米机器人，进入人体杀死癌细胞；用纳米材料能够制作高贮存密度的量子磁盘。 答案　D 4. (2024·吉林卷)环六糊精(D­吡喃葡萄糖缩合物)具有空腔结构，腔内极性较小，腔外极性较大，可包合某些分子形成超分子。图1、图2和图3分别表示环六糊精结构、超分子示意图及相关应用。下列说法错误的是(　　) A．环六糊精属于寡糖 B．非极性分子均可被环六糊精包合形成超分子 C．图2中甲氧基对位暴露在反应环境中 D．可用萃取法分离环六糊精和氯代苯甲醚 解析　1 mol糖水解后能产生2～10 mol单糖的称为寡糖，由图1环六糊精的结构可知，1 mol环六糊精水解产生6 mol D­吡喃葡萄糖，故环六糊精属于寡糖，A正确；只有分子的尺寸大小适配环六糊精的空腔大小时才能被环六糊精包合形成超分子，B错误；由图3加入环六糊精后生成96%的对氯苯甲醚知，图2中甲氧基对位暴露在反应环境中，C正确；环六糊精腔外极性较大，腔内极性较小，由“相似相溶”及环六糊精含较多羟基，可与水形成氢键而易溶于水知，可用萃取法分离环六糊精和氯代苯甲醚，D正确。 答案　B 1．下列关于液晶的说法正确的是(　　) A．液晶分子在长轴的平行方向和垂直方向具有相同的性质 B．液晶是一种晶体 C．液晶分子在特定条件下排列比较整齐，但不稳定 D．所有晶体在一定条件下都能成为液晶 答案　C 2．下列关于纳米材料基本构成微粒的叙述中，错误的是(　　) A．三维空间尺寸必须都处于纳米级 B．既不是微观粒子，也不是宏观物质 C．是原子排列成的纳米数量级原子团 D．是长程无序的一种结构状态 解析　纳米材料的基本构成微粒的尺度只需至少一维处于纳米级即可，A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，B正确；原子排列成纳米量级的原子团，是组成纳米材料的结构粒子，C正确；纳米材料是短程有序而长程无序的一种结构状态，D正确。 答案　A 3.(2023·太原高二期中)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可与钾离子作用，如图是18­冠­6与钾离子以配位键结合形成的超分子结构示意图。下列说法错误的是(　　) A．超分子具有分子识别和自组装的特征 B．该超分子中K＋的配位数为6 C．利用超分子的分子识别特征，还可以分离C60、C70 D．冠醚与碱金属离子形成的配合物属于“超分子”，其形成的晶体是分子晶体 解析　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，具有分子识别与自组装的特征，A正确；由题图可知，该超分子中K＋周围形成6个配位键，故其配位数为6，B正确；C60和C70混合物加入一种空腔大小适合C60的“杯酚”可进行分离，这是利用超分子的分子识别特征，C正确；冠醚是皇冠状的分子，则冠醚与碱金属离子形成的配合物是一个配位阳离子，所得到的晶体里还有阴离子，该类配合物晶体是由阴、阳离子构成的，故属于离子晶体，D错误。 答案　D 4．(2024·湖北卷)科学家合成了一种如图所示的纳米“分子客车”，能装载多种稠环芳香烃。三种芳烃与“分子客车”的结合常数(值越大越稳定)见表。下列说法错误的是(　　) 芳烃 芘 并四苯 蔻 结构 结合常数 385 3764 176 000 A.芳烃与“分子客车”可通过分子间相互作用形成超分子 B．并四苯直立装载与平躺装载的稳定性基本相同 C．从分子大小适配看“分子客车”可装载2个芘 D．芳烃π电子数越多越有利于和“分子客车”的结合 解析　纳米“分子客车”能装载多种稠环芳香烃，通过分子间相互作用结合成功能不同的分子聚集体，符合超分子的定义，A正确；从长的方向看，“分子客车”中有与并四苯相仿的结构，从高的方向看，无相仿结构，故平躺装载的稳定性大于直立装载的稳定性，B错误；芘与“分子客车”中间部分大小适配，故“分子客车”可装载2个芘，C正确；题目中所有芳烃中的C原子均为sp2杂化，则芳烃中的碳原子数等于π电子数，则芘、并四苯、蔻的π电子个数分别为16、18、24，结合表中数据可知，芳烃π电子数越多，结合常数越大，D正确。 答案　B 5．据报道：分子计算机已成功开发，其中主要器件为分子开关和分子导线。美国Gokel教授研制了氧化还原型电控分子开关——蒽醌套索醚电控开关。它是通过电化学还原使冠醚“胳膊”阴离子化，从而加强对流动阳离子的束缚力，达到“关”的作用；再借助氧化反应使其恢复到原来的“开启”状态，使阳离子顺利流动： (1)在横线上填写反应类型(填“氧化”或“还原”)：a.________反应，b.________反应。 (2)若分子计算机中分子开关处于A状态，则计算机处于________(填“开启”或“关闭”，下同)状态，若分子计算机中分子开关处于B状态，则计算机处于________状态。 解析　(1)有机化合物的反应中，引入氢原子的反应是还原反应，去掉氢原子的反应是氧化反应，则a属于还原反应，b属于氧化反应。(2)根据题目信息可知，A为电中性分子，对流动阳离子没有束缚作用，则计算机中分子开关处于A状态，计算机处于开启状态；B是阴离子，对流动阳离子有束缚作用，则计算机中分子开关处于B状态，计算机处于关闭状态。 答案　(1)还原　氧化　(2)开启　关闭 学科网（北京）股份有限公司 $