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

[基础训练] 1．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．同一种金属元素组成的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质 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各约占原子总数的50%，从而形成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态，A正确，B、C错误；同一种金属元素组成的纳米材料与宏观金属晶体具有差别很大的性质，如金的常规熔点为1 064 ℃，但尺寸在2 nm 的纳米金的熔点仅为327 ℃左右，D错误。 答案　A 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 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。 答案　B 3．下列有关超分子的说法错误的是(　　) A．超分子是由两种或多种分子形成的聚集体 B．分子形成超分子的作用可能是分子间作用力 C．超分子具有分子识别的特性 D．分子以共价键聚合形成超分子 解析　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，A不符合题意；超分子内部分子之间可以通过氢键、静电作用等分子间作用力结合在一起，B不符合题意；分子识别和自组装是超分子形成的两个重要方面，C不符合题意；超分子内部分子之间通过非共价键相结合，可以通过氢键、静电作用、堆积作用等结合在一起，D符合题意。 答案　D 4．(2023·长沙高二开学考试)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发生变化，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．液晶是介于液态和固态之间的物质状态 解析　在外界刺激下，液晶弹性体的相态或分子结构会发生变化，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，说明该液晶同时具有各向异性和弹性，A正确；在外界刺激下，液晶弹性体的相态或分子结构会发生变化，则这种液晶弹性体机器人可以采用热、光、电、磁等进行驱动，B正确；撤去外界刺激后，液晶弹性体可以恢复到原来的形状，则该液晶弹性体具有形状记忆功能，C正确；液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，不是介于液态和固态之间的物质状态，D错误。 答案　D 5.(2024·聊城联考)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”而成的。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 解析　“纳米车”是肉眼看不见的，A错误；“纳米车”只是几个分子的“组装”体，并非晶体，C错误；C60属于分子晶体，熔点要比金刚石低得多，D错误。 答案　B 6．分子机器是一种特殊的超分子体系，当体系受到外在刺激(如pH变化、吸收光子、电子得失等)时，分子组分间原有作用被破坏，各组分间发生类似于机械运动的某种热运动。下列说法不正确的是(　　) A．驱动分子机器时，需要对体系输入一定的能量 B．分子状态的改变会伴随能量变化，属于化学变化 C．氧化还原反应有可能是刺激分子机器体系的因素之一 D．光照有可能使分子产生类似于机械运动的某种热运动 解析　由题意知，需要对体系输入一定的能量，才能驱动分子机器，故A正确；分子状态的改变是物态变化，属于物理变化，故B错误；电子得失是氧化还原反应的本质，则发生氧化还原反应时可刺激分子机器体系，故C正确；光照可使光能转化为机械能，即光照能使分子产生类似于机械运动的某种热运动，故D正确。 答案　B 7．某超分子的结构如图所示，下列有关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．超分子是指分子量特别大的分子 D．图示超分子中的N原子采取sp2、sp3杂化 解析　超分子通常是指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，能表现出不同于单个分子的性质。超分子内部分子之间通过氢键等非共价键相结合，题图所示超分子是两个不同的分子通过氢键形成的分子聚集体，故A正确；超分子的特征是分子识别和自组装，例如细胞和细胞器的双分子膜具有自组装性质，生物体的细胞即是由各种生物分子自组装而成的，故B正确；超分子不同于高分子，分子量不一定特别大，故C错误；题图所示超分子中的N原子有的参与形成双键，有的只形成单键，则N原子采取sp2、sp3杂化，故D正确。 答案　C 8．随着纳米技术的飞速发展，四氧化三铁纳米颗粒在磁性记录、磁流体、吸波、催化、医药等领域有着广泛的应用。“共沉淀法”是制备四氧化三铁纳米颗粒的常见方法，具体步骤为：将一定量的FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O制成混合溶液加入到烧瓶中，在N2气氛下，滴加氨水、搅拌、水浴恒温至混合液由橙红色逐渐变成黑色，继续搅拌15 min，磁铁分离磁性颗粒，用蒸馏水洗去表面残留的电解质，60 ℃真空干燥并研磨，可得直径约10 nm Fe3O4磁性颗粒。 (1)“共沉淀法”中N2的作用是____________________________________________， 制备的总离子反应方程式为___________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)在医药领域，四氧化三铁纳米颗粒经表面活性剂修饰后，被成功制成磁性液体，又称磁流体(见下图)。磁流体属于________分散系，负载药物后通过静脉注射或动脉注射进入人体，利用四氧化三铁具有________功能，在外界磁场的作用下，富集于肿瘤部位，当外磁场交变时，可控释药。 解析　(1)FeCl2中滴加氨水生成氢氧化亚铁，极易被空气中的氧气氧化，所以FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O制成混合溶液中，滴加氨水，必须在N2气氛下，防止Fe2＋被氧化，制备的总离子反应方程式为Fe2＋＋2Fe3＋＋8NH3·H2O===Fe3O4↓＋8NH＋4H2O。 (2)四氧化三铁纳米颗粒直径约10 nm，根据分散系的分类可知，该分散系为胶体，粒子胶体中的分散质有吸附作用，所以在外界磁场的作用下，能富集于肿瘤部位。 答案　(1)防止Fe2＋被氧化　Fe2＋＋2Fe3＋＋8NH3·H2O===Fe3O4↓＋8NH＋4H2O (2)胶体　吸附 [能力提升] 9．(双选)冠醚能与碱金属离子作用，并随环的大小不同而与不同的金属离子作用。12­冠­4与Li＋作用而不与Na＋、K＋作用；18­冠­6与K＋作用(如图)，但不与Li＋、Na＋作用。下列说法不正确的是(　　) A．18­冠­6与K＋作用，不与Li＋或Na＋作用，这反映了超分子“分子识别”的特性 B．18­冠­6中O原子与K＋间存在离子键 C．18­冠­6中C和O的杂化轨道类型分别为sp3和sp2 D．利用该原理可以用冠醚将KMnO4带入有机物中，更有利于有机物的氧化 解析　由题意知，超分子均有“分子识别”的特性，如冠醚中与K＋作用，但不与Li＋、Na＋作用的为18­冠­6，与Li＋作用而不与Na＋、K＋作用的为12­冠­4，A正确；冠醚分子不是离子，而且O原子也不是离子，故O原子与K＋间不存在离子键，B错误；18­冠­6中C均为饱和碳原子，C的价电子对数＝4＋＝4，O的价电子对数＝2＋＝4，故C和O的杂化轨道类型相同，均为sp3杂化，C错误；酸性KMnO4有强氧化性，但不易溶于大多数有机物，利用该原理可以用冠醚将KMnO4带入有机物中，可以增大其与有机物的接触机会，更有利于有机物的氧化，D正确。 答案　BC 10．(双选)(2024·武汉高二检测)冠醚是一种超分子，它能否适配碱金属离子与其空腔直径和离子直径有关。二苯并­18­冠­6与K＋形成的螯合离子的结构如图所示。 冠醚 冠醚空腔直径/pm 适合的粒子 (直径/pm) 15­冠­5 17～220 Na＋(204) 18­冠­6 260～320 K＋(276) 21­冠­7 340～430 Cs＋(334) 下列说法错误的是(　　) A．该螯合离子中所有碳原子一定在同一平面上 B．二苯并­18­冠­6也能适配Li＋ C．该冠醚分子中碳原子杂化方式有2种 D．一个螯合离子中配位键的数目为6 解析　除苯环外，碳原子是饱和碳原子，故碳原子不可能在同一平面上，A错误；一般而言，电子层数越多半径越大；电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小；Li＋半径小于Na＋；由图标可知，二苯并­18­冠­6不能适配Li＋，B错误；该冠醚分子中苯环碳原子为sp2杂化、其他碳链上的碳原子为sp3杂化；碳原子杂化方式有2种，C正确；由结构简式可知，一个螯合离子中配位键的数目为6，D正确。 答案　AB 11．“杯酚”分离C60和C70的过程可用下图表示，相关说法错误的是(　　) A．“杯酚”可以通过和甲醇缩聚反应制得 B．操作Ⅰ和操作Ⅱ都是“过滤” C．C60与“杯酚”借助分子间力形成了超分子，该分子不溶于甲苯 D．“杯酚”可溶于氯仿循环使用 解析　“杯酚”可以通过和HCHO缩聚反应制得，A错误；操作Ⅰ和操作Ⅱ都是将混合物分为“溶液”和“沉淀”，操作是过滤，B正确；C60与“杯酚”借助分子间力形成了超分子，该分子不溶于甲苯，作为沉淀析出，C正确； “杯酚”与C60的分离是通过氯仿形成了“杯酚”溶液，故“杯酚”可溶于氯仿循环使用，D正确。 答案　A 12．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＋与氧原子的一个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。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__________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 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)根据“相似相溶”规律知，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。 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)冠醚Z可溶于烯烃，加入冠醚之中的K＋因静电作用将MnO带入烯烃中，增大了反应物的接触面积，提高了氧化效果 13．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)Mo处于第5周期第ⅥB族，核外电子排布与Cr相似，它的基态价电子排布式是________；核外未成对电子数是________个。 (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)该超分子中配体CO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，从结构与性质之间的关系解释C60的熔点远低于金刚石的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)已知：某晶胞中各原子的相对位置可用如图所示的原子坐标表示，其中所有顶点原子坐标均为(0,0,0)。钼(Mo)的一种立方晶系的晶体结构中，每个晶胞有2个Mo原子，其中Mo原子坐标是(0,0,0)及。已知该晶体的密度是ρ g·cm－3，Mo的摩尔质量是M g·mol－1，阿伏加德罗常数是NA mol－1，晶体中距离最近的Mo原子核外之间的距离为________ pm。 解析　(6)Mo的一种立方晶系的晶体结构中，以(0,0,0)Mo原子为中心，那么与之最近的Mo原子有8个，分别是，，等等，因而为体心立方堆积，先计算出立方体的边长，因而每个晶胞中含有2个Mo原子，晶胞体积V＝ cm3，所以立方体边长a＝＝ cm，最近的两个原子坐标为(0,0,0)和，可知该立方体边长为1，用距离公式算出两原子相距，根据比例关系，原子最近真实距离等于××1010pm。 答案　(1)4d55s1　6　(2)AB　(3)C　sp2和sp3 (4)F的电负性强于H，对电子的吸引能力强，使共用电子对偏向F，使氢氧键较易断裂，因此酸性强于CH3COOH　(5)C60是分子晶体，金刚石是共价晶体，共价晶体熔化时破坏的共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏的分子间作用力 (6)××1010 学科网（北京）股份有限公司 $