第03讲 液晶、纳米材料与超分子（寒假预习讲义）高二化学鲁科版

第03讲 液晶、纳米材料与超分子 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点一 液晶 液晶是介于 之间的特殊聚集状态，兼具液体的 和晶体的 ，是 “软物质” 的典型代表。 1.结构特点 （1）微观排列：分子排列呈“长程无序、短程有序”——整体无规则（类似液体），但局部区域分子沿特定方向有序排列（类似晶体）。 （2）分子结构要求：多数液晶分子为“细长棒状”或“扁平盘状”，且分子中含极性基团（如-OH、-COOH）或共轭体系（如苯环），保证分子间能形成弱相互作用（如范德华力、氢键），维持局部有序性。 2.核心性质 （1）流动性：分子可 ，能像液体一样流动，可填充不同形状的容器。 （2）各向异性：因局部分子 ，物理性质（如折射率、介电常数、透光性）随方向不同而变化（类似晶体）。例如：液晶分子沿长轴方向和垂直方向的折射率不同，在外加电场作用下分子取向改变，可实现光的透过与遮挡。 （3）对外界刺激敏感：温度、电场、磁场、压力等外界条件变化时，液晶分子的排列方式会 ，进而导致性质变化（这是液晶应用的核心依据）。例如：温度升高到“清亮点”时，液晶会完全变为液态，失去各向异性。 3.主要应用 （1）显示技术：利用“电场调控液晶分子取向，进而改变透光性”的原理，制造 ，如手机、电脑、电视屏幕。 （2）传感与检测：利用液晶对温度、压力的敏感性，制作 、压力传感器（如触摸屏压力感应层）。 （3）光学器件：利用各向异性制作 、光学快门等。 知识点二 纳米材料 纳米材料是指微粒直径在 范围内的材料，因尺寸处于“宏观与微观的过渡区”，表现出特殊的量子尺寸效应、表面效应等。 1.结构特点 （1）尺寸特征：微粒直径 ，与原子、分子尺寸相近（如单个原子直径约0.1nm，纳米颗粒可包含数千至数万个原子）。 （2）表面效应显著：纳米颗粒的表面积与体积之比（比表面积）远 宏观材料，表面原子占比极高（如直径10nm的颗粒，表面原子占比约20%）。表面原子配位不饱和，活性 ，易与其他物质发生相互作用。 （3）内部结构多样：可分为 （如纳米金、纳米二氧化钛）、 （如碳纳米管）、 （如石墨烯）、纳米薄膜等。 2.核心性质 （1）量子尺寸效应：当微粒尺寸接近电子德布罗意波长时，电子能量不再连续，导致材料的光学、电学、磁学性质发生 。例如：纳米金颗粒随尺寸变化呈现不同颜色（2nm时呈红色，10nm时呈蓝色），而宏观金为金黄色。 （2）表面效应：高比表面积使纳米材料具有极强的 、 。例如：纳米二氧化钛是高效催化剂，可用于光催化降解污染物；纳米活性炭吸附能力远强于普通活性炭。 （3）宏观量子隧道效应：纳米材料中的电子、质子等微观粒子可穿越宏观上不能逾越的能垒，使材料具有特殊的 、 性能（如纳米银的导电性优于普通银）。 3.主要应用 （1）催化领域：作为 ，用于化工合成、污染物降解（如纳米铂催化氢气氧化）。 （2）医疗领域：制作 （纳米颗粒可精准到达病灶）、医学成像造影剂（如纳米氧化铁用于磁共振成像）、抗菌材料（纳米银具有广谱抗菌性）。 （3）材料改性：添加纳米颗粒改善 ，如纳米二氧化硅添加到塑料中，提高塑料的强度和耐热性；碳纳米管增强复合材料用于航空航天领域。 （4）能源领域：制作 （提高光吸收效率）、 （提高充放电效率和容量）。 易错提醒 1.勿将“液晶归为晶体或液体”：液晶是独立的聚集状态，既不是晶体（无长程有序），也不是液体（有短程有序和各向异性）。 2.混淆“清亮点与熔点”：清亮点是液晶变为液态的温度（高于清亮点为液态），熔点是固态变为液晶的温度（低于熔点为固态），二者之间才是液晶状态。 3.混淆“纳米材料与纳米尺度物质”：纳米材料是指“尺寸在1~100nm且具有特殊性质的材料”，并非所有尺寸为纳米级的物质都是纳米材料（如普通分子直径约0.1nm，但不属于纳米材料）。 4.忽视“纳米材料的潜在风险”：部分纳米颗粒因活性高、易扩散，可能对人体健康和环境造成影响（如吸入纳米颗粒可能损伤肺部），应用时需关注安全性。 5.混淆“超分子与高分子”：超分子是分子通过非共价键结合的聚集体（如DNA双螺旋），高分子是单体通过共价键连接的长链分子（如聚乙烯），二者结合力本质不同。 6.误解“非共价键的稳定性”：虽然单个非共价键弱，但超分子中多个非共价键协同作用时，整体结构可具有较高稳定性（如DNA双螺旋在生理条件下稳定存在），并非“一定不稳定”。 知识点三 超分子 超分子是由两种或两种以上分子通过非 结合形成的具有特定结构和功能的聚集体，核心是“分子间的协同作用”。 1.结构特点 （1）非共价键结合：超分子的稳定性依赖分子间弱相互作用（键能 共价键），但多种弱相互作用协同作用时，可形成 （类似“多个小力叠加成大力”）。例如：DNA双螺旋结构中，两条链通过碱基对之间的氢键结合；蛋白质的空间结构依赖氢键、疏水作用等维持。 （2）具有“自组装”特性：分子可通过非共价键自发排列形成 的超分子结构，无需外界强制干预。例如：表面活性剂分子在水中可自组装形成胶束（亲水基团朝外，疏水基团朝内）；液晶分子的局部有序排列也是一种自组装过程。 （3）结构可控性：通过调节分子结构、外界条件（温度、浓度），可设计超分子的 、 和 （如设计特定结构的分子，使其自组装成纳米管、纳米囊泡）。 2.核心性质 （1）动态可逆性：非共价键的弱相互作用使超分子结构可随外界条件变化而动态调整（如温度升高时，部分氢键断裂，超分子结构 ；温度降低后，氢键重新形成，结构 ）。 （2）功能协同性：超分子的功能并非单个分子功能的简单叠加，而是通过分子间协同作用产生 。例如：酶与底物形成的超分子体系，可显著提高酶的催化效率（底物与酶的活性中心通过非共价键结合，使反应更易发生）。 （3）分子识别能力：超分子中的主体分子可通过尺寸、形状、极性匹配，特异性识别 并结合（类似“钥匙与锁”的关系）。例如：冠醚（主体）可特异性识别碱金属离子（客体），通过氢键和静电作用结合。 3.主要应用 （1）分子识别与传感：利用超分子的分子识别能力，制作化 ，检测 （如检测水中的重金属离子、生物体内的葡萄糖）。 （2）药物递送：设计 （如环糊精、脂质体），通过分子间作用包裹药物，实现药物的 （减少副作用，提高药效）。 （3）催化领域：构建 ，通过主体分子对底物的识别和定位，提高催化的选择性和效率。 （4）材料科学：利用超分子自组装制备 ，如超分子凝胶（可用于伤口敷料）、超分子薄膜（用于防伪、光学器件）。 【特别提醒】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 【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 【例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 【例3】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 考点一 液晶、纳米材料、超分子 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 考点二 纳米材料 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.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 考点三 超分子 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 2.一种冠醚分子可通过识别Li＋，从卤水中萃取Li＋。该冠醚(直径为123pm~150pm)合成、识别Li＋的过程如下。下列说法不正确的是 A．在水中的溶解度：X>苯酚 B．冠醚分子Z不能识别Cs＋(直径为334pm) C．冠醚分子Z的一氯代物有4种 D．Z和R均为超分子 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 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。 【学习重难点】 1.液晶、纳米材料与超分子的结构与性质关联。 2.液晶、纳米材料与超分子的实际用途和作用。 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 2．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 3．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 4．“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 5．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 6．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 7．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 8．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 9．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 10．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 11．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 12．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 13．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 14．碱金属氯化物是典型的离子化合物，和的晶胞结构如下图所示。其中的碱金属离子能够与冠醚形成超分子。 下列说法不正确的是 (　　) A．晶胞中含4个a离子 B．晶体中周围紧邻8个 C．碱金属离子与冠醚通过离子键形成超分子 D．不同空穴尺寸的冠醚可以对不同碱金属离子进行识别 15．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________。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第03讲 液晶、纳米材料与超分子 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点一 液晶 液晶是介于液态和晶态之间的特殊聚集状态，兼具液体的流动性和晶体的各向异性，是 “软物质” 的典型代表。 1.结构特点 （1）微观排列：分子排列呈“长程无序、短程有序”——整体无规则（类似液体），但局部区域分子沿特定方向有序排列（类似晶体）。 （2）分子结构要求：多数液晶分子为“细长棒状”或“扁平盘状”，且分子中含极性基团（如-OH、-COOH）或共轭体系（如苯环），保证分子间能形成弱相互作用（如范德华力、氢键），维持局部有序性。 2.核心性质 （1）流动性：分子可自由移动，能像液体一样流动，可填充不同形状的容器。 （2）各向异性：因局部分子有序排列，物理性质（如折射率、介电常数、透光性）随方向不同而变化（类似晶体）。例如：液晶分子沿长轴方向和垂直方向的折射率不同，在外加电场作用下分子取向改变，可实现光的透过与遮挡。 （3）对外界刺激敏感：温度、电场、磁场、压力等外界条件变化时，液晶分子的排列方式会改变，进而导致性质变化（这是液晶应用的核心依据）。例如：温度升高到“清亮点”时，液晶会完全变为液态，失去各向异性。 3.主要应用 （1）显示技术：利用“电场调控液晶分子取向，进而改变透光性”的原理，制造液晶显示器（LCD），如手机、电脑、电视屏幕。 （2）传感与检测：利用液晶对温度、压力的敏感性，制作温度传感器（如医疗用体温贴片）、压力传感器（如触摸屏压力感应层）。 （3）光学器件：利用各向异性制作偏振片、光学快门等。 知识点二 纳米材料 纳米材料是指微粒直径在1~100nm（1nm=10-9m）范围内的材料，因尺寸处于“宏观与微观的过渡区”，表现出特殊的量子尺寸效应、表面效应等。 1.结构特点 （1）尺寸特征：微粒直径1~100nm，与原子、分子尺寸相近（如单个原子直径约0.1nm，纳米颗粒可包含数千至数万个原子）。 （2）表面效应显著：纳米颗粒的表面积与体积之比（比表面积）远大于宏观材料，表面原子占比极高（如直径10nm的颗粒，表面原子占比约20%）。表面原子配位不饱和，活性高，易与其他物质发生相互作用。 （3）内部结构多样：可分为纳米颗粒（如纳米金、纳米二氧化钛）、纳米管（如碳纳米管）、纳米片（如石墨烯）、纳米薄膜等。 2.核心性质 （1）量子尺寸效应：当微粒尺寸接近电子德布罗意波长时，电子能量不再连续，导致材料的光学、电学、磁学性质发生突变。例如：纳米金颗粒随尺寸变化呈现不同颜色（2nm时呈红色，10nm时呈蓝色），而宏观金为金黄色。 （2）表面效应：高比表面积使纳米材料具有极强的吸附能力、催化活性。例如：纳米二氧化钛是高效催化剂，可用于光催化降解污染物；纳米活性炭吸附能力远强于普通活性炭。 （3）宏观量子隧道效应：纳米材料中的电子、质子等微观粒子可穿越宏观上不能逾越的能垒，使材料具有特殊的导电、导热性能（如纳米银的导电性优于普通银）。 3.主要应用 （1）催化领域：作为高效催化剂，用于化工合成、污染物降解（如纳米铂催化氢气氧化）。 （2）医疗领域：制作靶向药物载体（纳米颗粒可精准到达病灶）、医学成像造影剂（如纳米氧化铁用于磁共振成像）、抗菌材料（纳米银具有广谱抗菌性）。 （3）材料改性：添加纳米颗粒改善材料性能，如纳米二氧化硅添加到塑料中，提高塑料的强度和耐热性；碳纳米管增强复合材料用于航空航天领域。 （4）能源领域：制作纳米太阳能电池（提高光吸收效率）、纳米锂电池电极（提高充放电效率和容量）。 易错提醒 1.勿将“液晶归为晶体或液体”：液晶是独立的聚集状态，既不是晶体（无长程有序），也不是液体（有短程有序和各向异性）。 2.混淆“清亮点与熔点”：清亮点是液晶变为液态的温度（高于清亮点为液态），熔点是固态变为液晶的温度（低于熔点为固态），二者之间才是液晶状态。 3.混淆“纳米材料与纳米尺度物质”：纳米材料是指“尺寸在1~100nm且具有特殊性质的材料”，并非所有尺寸为纳米级的物质都是纳米材料（如普通分子直径约0.1nm，但不属于纳米材料）。 4.忽视“纳米材料的潜在风险”：部分纳米颗粒因活性高、易扩散，可能对人体健康和环境造成影响（如吸入纳米颗粒可能损伤肺部），应用时需关注安全性。 5.混淆“超分子与高分子”：超分子是分子通过非共价键结合的聚集体（如DNA双螺旋），高分子是单体通过共价键连接的长链分子（如聚乙烯），二者结合力本质不同。 6.误解“非共价键的稳定性”：虽然单个非共价键弱，但超分子中多个非共价键协同作用时，整体结构可具有较高稳定性（如DNA双螺旋在生理条件下稳定存在），并非“一定不稳定”。 知识点三 超分子 超分子是由两种或两种以上分子通过非共价键（如氢键、范德华力、疏水作用、静电作用）结合形成的具有特定结构和功能的聚集体，核心是“分子间的协同作用”。 1.结构特点 （1）非共价键结合：超分子的稳定性依赖分子间弱相互作用（键能远小于共价键），但多种弱相互作用协同作用时，可形成稳定结构（类似“多个小力叠加成大力”）。例如：DNA双螺旋结构中，两条链通过碱基对之间的氢键结合；蛋白质的空间结构依赖氢键、疏水作用等维持。 （2）具有“自组装”特性：分子可通过非共价键自发排列形成有序的超分子结构，无需外界强制干预。例如：表面活性剂分子在水中可自组装形成胶束（亲水基团朝外，疏水基团朝内）；液晶分子的局部有序排列也是一种自组装过程。 （3）结构可控性：通过调节分子结构、外界条件（温度、浓度），可设计超分子的尺寸、形状和功能（如设计特定结构的分子，使其自组装成纳米管、纳米囊泡）。 2.核心性质 （1）动态可逆性：非共价键的弱相互作用使超分子结构可随外界条件变化而动态调整（如温度升高时，部分氢键断裂，超分子结构重组；温度降低后，氢键重新形成，结构恢复）。 （2）功能协同性：超分子的功能并非单个分子功能的简单叠加，而是通过分子间协同作用产生新功能。例如：酶与底物形成的超分子体系，可显著提高酶的催化效率（底物与酶的活性中心通过非共价键结合，使反应更易发生）。 （3）分子识别能力：超分子中的主体分子可通过尺寸、形状、极性匹配，特异性识别客体分子并结合（类似“钥匙与锁”的关系）。例如：冠醚（主体）可特异性识别碱金属离子（客体），通过氢键和静电作用结合。 3.主要应用 （1）分子识别与传感：利用超分子的分子识别能力，制作化学传感器，检测特定离子或分子（如检测水中的重金属离子、生物体内的葡萄糖）。 （2）药物递送：设计超分子载体（如环糊精、脂质体），通过分子间作用包裹药物，实现药物的靶向释放（减少副作用，提高药效）。 （3）催化领域：构建超分子催化剂，通过主体分子对底物的识别和定位，提高催化的选择性和效率。 （4）材料科学：利用超分子自组装制备功能材料，如超分子凝胶（可用于伤口敷料）、超分子薄膜（用于防伪、光学器件）。 【特别提醒】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 【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。 【例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。 【例3】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。 考点一 液晶、纳米材料、超分子 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。 考点二 纳米材料 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.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。 考点三 超分子 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。 2.一种冠醚分子可通过识别Li＋，从卤水中萃取Li＋。该冠醚(直径为123pm~150pm)合成、识别Li＋的过程如下。下列说法不正确的是 A．在水中的溶解度：X>苯酚 B．冠醚分子Z不能识别Cs＋(直径为334pm) C．冠醚分子Z的一氯代物有4种 D．Z和R均为超分子 【答案】D 【解析】由X先与Y在KOH溶液中通过过程I发生取代反应生成Z，再将Z与Li⁺进行Li⁺的萃取得R，据此分析解答。 A．X中亲水基团羟基数目多于苯酚，在水中的溶解度：X>苯酚，A正确；B．该冠醚(直径为123pm~150pm)，而Cs＋(直径为334pm)，则该冠醚分子Z不能识别Cs＋，B正确；C．冠醚分子Z的结构对称，有4种氢原子，一氯代物有4种，C正确；D．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，超分子定义中分子包括离子等，超分子是多个分子通过氢键、范德华力等作用力组成复杂的、有组织的聚集体，则R是超分子，Z不是，D错误；故选D。 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 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。 【学习重难点】 1.液晶、纳米材料与超分子的结构与性质关联。 2.液晶、纳米材料与超分子的实际用途和作用。 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。 2．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。 3．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。 4．“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。 5．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。 6．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。 7．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。 8．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。 9．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。 10．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。 11．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。 12．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。 13．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。 14．碱金属氯化物是典型的离子化合物，和的晶胞结构如下图所示。其中的碱金属离子能够与冠醚形成超分子。 下列说法不正确的是 (　　) A．晶胞中含4个a离子 B．晶体中周围紧邻8个 C．碱金属离子与冠醚通过离子键形成超分子 D．不同空穴尺寸的冠醚可以对不同碱金属离子进行识别 【答案】C 【解析】A．a离子位于正方体棱上和体心，一个NaCl晶胞中有个a离子，A正确；B．CsCl晶体属于体心立方，Cs+周围紧邻8个Cl-，故B正确；C．冠醚与碱金属离子络合形成超分子，碱金属离子与冠醚之间不是离子键，故C错误；D．由于不同碱金属离子的半径不同，不同空穴尺寸的冠醚可以对不同碱金属离子进行识别，故D正确；故答案为C。 15．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。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $