第3章 第3节 液晶、纳米材料与超分子（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二化学选择性必修2（鲁科版）

该高中化学课件系统涵盖液晶、纳米材料、超分子的组成结构性质及应用，以及晶胞参数与密度计算等核心内容。通过从物质聚集状态切入，衔接晶体知识，搭建新旧知识桥梁，帮助学生构建完整的物质聚集状态认知框架。 其亮点在于通过知识辨析、情境探究及典例计算，培养学生科学思维中的证据推理与模型认知能力，如通过液晶显示原理分析物质结构决定性质，纳米材料应用体现化学与生活联系。采用问题驱动和实例分析，学生能提升解决实际问题能力，教师可借助丰富素材优化教学效果。

必备知识 清单破 知识点 1 液晶 第3节　液晶、纳米材料与超分子 1.定义 　　有一类物质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.性质及原因 　　液晶的宏观性质像晶体一样表现出各向异性,是因为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。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 3.液晶的应用 　　液晶最重要的用途是制造液晶显示器,这种显示器在电子手表、计算器、数字仪表、计 算机显示器、电视显示屏等器材中得到广泛应用。 　　液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列有关。所选取的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。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 1.组成 　　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。 2.结构 　　通常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 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。正是由于纳米材料的颗粒 很小和处于界面的原子所占比例较高,使得纳米材料在光学、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。 4.应用 　　用于化妆品、涂料、化纤布料、隐形飞机等。 知识点 2 纳米材料 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步   ②特点:纤维长、强度高、韧性高。 ③性能:具有特殊的电学、热学、光学、储氢等性能。 5.“明星”纳米材料 (1)富勒烯(C60等球碳)、石墨烯(单层石墨片)和碳纳米管。 (2)碳纳米管 ①结构: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” (如图)。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 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.超分子内部分子之间的作用力 　　超分子内部分子之间通过非共价键结合,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。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。 知识点 3 超分子 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步   不同大小的冠醚可以“夹带”不同的金属离子 (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。 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,氧化反应能够迅速发生。 (2)冠醚与金属离子的聚集体可以看成是一类超分子。 3.冠醚 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 知识拓展 　　超分子是组成复杂的、有组织的聚集体,并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构 和宏观特性。已报道的超分子大环主体分子有冠醚、环糊精、杯吡咯、杯咔唑、瓜环葫芦 脲、柱芳烃等。 4.重要特征 (1)分子识别。 (2)分子组装。 5.超分子的未来发展 　　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,如新型催化剂、新型药物、分子器件、生物传感器等。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 知识辨析 1.液晶是一种晶体,这种说法正确吗? 2.液晶的光学性质随外加电压的变化而变化,这种说法正确吗? 3.金的常规熔点约为1 064 ℃,而制成2 nm的金的熔点约为327 ℃,所以纳米金属于分子晶体, 这种说法正确吗? 4.超分子的性质与组成超分子的单个分子的性质相同,这种说法正确吗? 5.超分子内部的分子间一般通过共价键或分子间作用力结合成聚集体,这种说法正确吗? 6.纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分,两部分都是有序的,这种说法正确吗? 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 一语破的 1.不正确。液晶在一定的温度范围内既具有液体的可流动性,在宏观性质方面又表现出类似 晶体的各向异性。 2.正确。温度、压力、电场等因素变化时,都会改变液晶的光学性质。 3.不正确。纳米材料不同于一般的晶体,纳米金不属于分子晶体。 4.不正确。超分子能表现出不同于单个分子的性质。 5.不正确。超分子内部的分子间通过非共价键结合成聚集体。 6.不正确。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。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 1.晶胞参数 　　晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示,包括晶胞的棱长a、b、c和棱相互间的夹角 α、β、γ,此即晶胞参数。   情境探究 素养 证据推理与模型认知——晶胞参数在晶体计算中的应用 学科素养 情境破 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步   2.晶胞密度的计算方法 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 问题1　晶胞参数中,是否存在晶胞的3组棱长相等,三个夹角相等的情况?如果存在,晶胞的形 状是什么? 提示    存在;立方晶胞中,晶胞参数a=b=c,α=β=γ=90°。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 问题2　某晶胞结构如图所示,原子的半径为r,立方体的边长为2r,试列式求算该晶胞的空间 利用率。   提示    该晶胞中含有的原子数为8× =1,V球= πr3,V晶胞=(2r)3=8r3,空间利用率= ×100%=  ×100%≈52%。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 问题3　近期我国科学家合成了一种电化学性能优异的铜硒化合物,其晶胞结构如图所示,其 中铜元素以Cu+和Cu2+存在。试列式求算该晶体的密度。(用代数式表示,Cu的相对原子质量 为64,Se的相对原子质量为79,设NA为阿伏加德罗常数的值)   提示    由晶胞结构示意图知,该铜硒化合物中Cu的数目为8× +2× +4=6,Se的数目为4,该晶 体的密度ρ= =   g/cm3=  g/cm3。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 典例呈现 例题　现有第4周期某过渡金属元素A,其基态原子中有4个未成对电子,由此元素可构成晶体 X。 (1)若此晶体结构如图甲、乙所示,则按甲虚线方向切乙得到的截面A~D图中正确的是　     　    。   第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步   (2)晶体X中原子的半径为r,试列式求算该晶胞的空间利用率为　　　　    。 (3)A可与另两种元素B、C构成某种化合物,B、C的价电子排布分别为3d104s1、3s23p4,其晶胞 如图所示,则其化学式为　　　    。该晶胞上、下底面为正方形,侧面与底面垂直,根据图中 所示的数据计算该晶体的密度d=　     g·cm-3(保留两位小数)。   第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 素养解读    本题以元素A及其相关化合物为情境素材,考查晶体的相关计算,提升学生学以致 用的能力,培养证据推理与模型认知的化学学科核心素养。 信息提取    第4周期某元素基态原子中有4个未成对电子,该元素是铁元素;Fe晶胞的结构如 图1所示,几何关系如图2所示:   第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 解题思路    (1)根据题干信息可知元素A为Fe。甲中Fe位于顶点和体心,乙由8个甲组成,按甲 虚线方向切乙形成的截面是长方形,则排除B、D,由于甲的体心含有1个Fe原子,则A图符合 题意。(2)图2中,体对角线的长度c为4r,面对角线的长度b为 a,由(4r)2=a2+b2得a= r。1个 晶胞中有2个原子,故空间利用率= ×100%= ×100%= ×100%≈68%。(3)根 据B、C的价电子排布可判断B为Cu、C为S。该晶胞中,Fe原子有6个位于面上、4个位于棱 上,个数为4× +6× =4,Cu原子有4个位于面上、1个位于体内、8个位于顶点,个数为8× +4×  +1=4,S原子数为8。晶体中N(Cu)∶N(Fe)∶N(S)=4∶4∶8=1∶1∶2,故该晶体的化学式为 CuFeS2。晶胞质量= ,晶胞体积=(524×10-10 cm)2×1 030×10-10 cm,故该 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 晶体的密度d= ≈4.32 g·cm-3。 答案    (1)A    (2)68%    (3)CuFeS2　4.32 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 思维升华 晶体的摩尔质量M g·mol-1、密度ρ g·cm-3、晶胞边长a cm之间的关系 　　若1个晶胞中含有x个粒子,则1 mol该晶胞中含有x mol粒子,其质量为xM g;根据质量=密 度×体积计算该晶胞的质量为ρa3 g,则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g(NA为阿伏加德罗常数的值), 因此有xM=ρa3NA。 第3章　不同聚集状态的物质与性质 高中同步 $