第3章 第3节 液晶、纳米材料与超分子-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2配套课件PPT(鲁科版 山东专用)
2026-05-18
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教辅
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 化学 |
| 教材版本 | 高中化学鲁科版选择性必修2 物质结构与性质 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | 第3节 液晶、纳米材料与超分子 |
| 类型 | 课件 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-新授课 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 山东省 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | PPTX |
| 文件大小 | 9.70 MB |
| 发布时间 | 2026-05-18 |
| 更新时间 | 2026-05-18 |
| 作者 | 山东一帆融媒教育科技有限公司 |
| 品牌系列 | 新课程学案·高中同步导学 |
| 审核时间 | 2026-03-30 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/57087597.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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摘要:
该高中化学课件聚焦液晶、纳米材料与超分子的结构特征、特殊性质及用途,通过生活实例如液晶显示器、纳米化妆品导入,衔接物质常见聚集状态,搭建从已知到未知的学习支架,帮助学生构建知识脉络。
其亮点在于以“结构决定性质,性质决定用途”的化学观念为主线,结合液晶分子排列与显示原理、碳纳米管“超级纤维”特性等实例,培养科学思维。题点训练含微观解释“微思考”和实际应用分析,促进科学探究,助力学生理解抽象概念,教师可高效开展重难点教学。
内容正文:
第3节 液晶、纳米材料与超分子
学习目标 重点难点
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。 重点 1.液晶的工作原理和应用。
2.超分子的结构与性质。
难点 超分子的结构。
新知探究(一)——液晶
新知探究(二)——纳米材料
课时跟踪检测
目录
新知探究(三)——超分子
新知探究(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,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。
[微思考] 试从微观层面解释液晶具有各向异性的原因。
提示:在微观结构层面,液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列,因此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质。
题点多维训练
1.下列关于液晶的说法正确的是 ( )
A.液晶是液体和晶体的混合物
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.所有物质在一定条件下都能成为液晶
解析:液晶有液体的可流动性与晶体的各向异性,故A错误;液晶既不同于晶体又不同于非晶体,故B错误;液晶在特定条件下如外加电场作用下排列整齐,一旦取消电场又恢复原状,所以液晶不稳定,故C正确;人们熟悉的物质聚集状态为气、液、固,较为生疏的是液晶,所以并不是所有物质都具有液晶态,故D错误。
√
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。
√
3.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,液晶分子恢复到逐层扭转的螺旋形排列
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,液晶分子恢复到逐层扭转的螺旋形排列,B正确。
新知探究(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
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。因此,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。
3.性能与用途
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。
(1)由纳米粒子构成的纳米陶瓷不仅保留了陶瓷硬度高、强度高的特点,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。
(2)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。
(3)碳纳米管不仅纤维长,而且具有强度高、韧性高的特点,其强度比同体积钢的强度高100倍,质量却只有钢的到,因而被称为“超级纤维”;此外,它还具有特殊的电学、热学、光学、储氢等性能。
(4)纳米材料的广泛应用促进了纳米技术的发展,而纳米技术的发展将会开创一个崭新的时代。例如,化学家已经合成出丰富多样的纳米机器,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,等等。
题点多维训练
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)纳米是一种属于长度为10-9 m的物质。( )
(2)纳米材料具有丁达尔效应。( )
(3)碳纳米管是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”。( )
×
×
√
2.纳米材料是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,使其常有奇特的光、电、磁、热等性质,可开发为新型功能材料,下列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
解析:题中涉及纳米材料这一新型材料,根据纳米粒子大小,判断出其粒子大小刚好处在胶体分散质粒子大小的范围内,将其均匀地分散到分散剂中可制得胶体。
√
3.下列关于纳米技术的叙述不正确的是 ( )
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做催化剂可加快反应速率,提高反应物的平衡转化率
C.用纳米颗粒粉剂做成火箭的固体燃料将有更大的推动力
D.银器能抑菌、杀菌,纳米银微粒植入内衣织物中,有奇异的抑菌、杀菌效果
√
解析:纳米材料的直径在1~100 nm范围内,与胶粒直径范围相同,A正确;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不正确;与块状固体相比,纳米颗粒直径小,表面积大,因而化学反应的速率快,所以短时间内可产生更大的推动力,C正确;银为重金属,重金属微粒可使蛋白质变性,故有杀菌作用,D正确。
4.关于纳米材料,下列说法正确的是____________(填序号)。
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
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。
①②③④⑤
新知探究(三)——超分子
1.超分子
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
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
2.冠醚
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。这里,冠醚与金属离子的聚集体可以看成是一类超分子。
3.分子梭
化学家合成出一种分子梭(如图所示)。在链状分子A上同时含有两个不同的识别位点。在碱性情况下,环状分子B与带有正电荷的位点1的相互作用较强;在酸性情况下,由于位点2的亚氨基结合H+而带正电荷,与环状分子B的作用增强。因此,通过加入酸和碱,可以实现分子梭在两个不同状态之间的切换。
题点多维训练
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
解析:如水分子之间存在氢键,但是却不能称水为“超分子”。
√
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
√
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.(2025·淄博市高二期中)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
√
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。
4.请分别用液晶、纳米材料和超分子3种特殊聚集状态填空:
(1)________是两个或多个分子相互“组合”在一起形成的具有特定结构和功能的聚集体。
(2)______既具有液体的可流动性,又具有晶体的各向异性。
(3)___________具有良好的物理、化学特性,完全不同于微米或毫米量级的材料。
解析:根据超分子、液晶、纳米材料的概念作答。
超分子
液晶
纳米材料
课时跟踪检测
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√
一、选择题
1.(2025·安徽淮南高二月考)下列关于超分子的说法不正确的是( )
A.超分子是有机聚合物
B.超分子能表现出不同于组成超分子的单个分子的性质
C.超分子具有特定结构和功能
D.DNA是一种超分子
12
√
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2.(2025·湖北孝感市质检)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
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解析:液晶具有各向异性,根据题意其具有弹性,故A正确;液晶具有各向异性,可在热、电、光、磁等的刺激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具有形状记忆功能,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。
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√
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3.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
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。
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3
4.下列关于物质特殊聚集状态的叙述中,错误的是 ( )
A.冠醚与金属离子的聚集体属于超分子
B.非晶体基本构成微粒的排列是长程无序和短程有序
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,两部分的排列都是长程有序
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。纳米颗粒内部是长程有序的晶体结构,界面则是无序结构,因此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。
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5.下列关于纳米材料基本构成微粒的叙述中,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
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。
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6.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
12
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。
√
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7.下列说法符合科学性的是 ( )
A.某厂生产的食盐对人体有益,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,是你日常生活中不可缺少的物质,它是非常纯净的非晶体
C.金的常规熔点约为1 064 ℃,而制成2 nm的金的熔点只有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,可用于制造显示器
解析:食盐是晶体,不是纳米材料,也不是液晶,故A、B错误;纳米材料不同于一般的晶体,纳米金不是分子晶体,C错误。
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√
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8.(2025·山东东营高二检测)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.超分子内部分子之间通过共价键相结合
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
12
解析:超分子内部分子之间通过非共价键相结合,故B项错误。
√
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3
9.冠醚是由多个二元醇分子之间脱水形成的环状化合物。18⁃冠⁃6可用作相转移催化剂,其与K+形成的螯合离子结构如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.该冠醚(18⁃冠⁃6)属于超分子
B.该冠醚(18⁃冠⁃6)也可以与其他碱金属阳离子作用,如Li+
C.该螯合离子中碳原子与氧原子具有相同的杂化类型
D.该螯合离子中极性键与非极性键的个数比为6∶1
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解析:冠醚与碱金属离子形成的配合物属于超分子,A错误;冠醚是皇冠状分子,有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子,B错误;该螯合离子中C、O原子价电子对数都是4,所以C、O原子都采用sp3杂化,杂化类型相同,C正确;该螯合离子中存在的极性键有C—H、C—O、O—K键,非极性键为C—C键,含有极性键为24个C—H极性键、12个C—O极性键6个O—K极性键,非极性键为6个,所以极性键与非极性键的个数比为42∶6=7∶1,D错误。
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√
10.碳量子点是一类具有显著荧光性能的零维碳纳米材料,直径低于10 nm。碳量子点通常是由无定型和晶态的碳核组成,在碳核表面含有多个不同的含氧官能团,例如羟基、羧基等。下列说法错误的是 ( )
A.由碳量子点形成的溶液具有丁达尔效应
B.碳量子点直径比碳原子大
C.碳量子点在水中具有优异的溶解性
D.碳量子点与金刚石属于同素异形体
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解析:碳量子点是一类具有显著荧光性能的零维碳纳米材料,与胶粒直径吻合,由碳量子点形成的溶液属于胶体,胶体具有丁达尔效应,A正确;碳量子点通常是由无定型和晶态的碳核组成,其直径比碳原子大,B正确;碳量子点表面上存在多个羟基、羧基等亲水性的官能团,故在水中具有优异的溶解性,C正确;碳量子点通常是由无定型和晶态的碳核组成,在碳核表面含有不同的含氧官能团,例如羟基、羧基等,不是碳单质,与金刚石不属于同素异形体,D错误。
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二、非选择题
11.(8分)纳米技术日益受到各国科学家的关注。请回答下列问题。
(1)纳米是_____单位,1纳米等于_____米。纳米科学与技术是研究结构尺寸在1~100 nm范围内材料的性质与应用。它与_____分散质的粒子大小一样。
12
长度
10-9
胶体
1
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(2)世界上最小的马达是分子马达,只有千万分之一个蚊子那么大,如图所示,这种分子马达将来可用于消除体内垃圾。
①上图是这种分子马达的____(填字母)。
a.结构式 b.晶胞
c.比例模型(或填充模型) d.球棍模型
②在这种分子马达中,构成环状结构的是___元素的原子,这种原子在1个分子马达中共有____个。
d
碳
30
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12.(11分)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原子的价电子排布为_______;核外未成对电子数为___。
解析:基态Cr原子的价电子排布为3d54s1,而Mo与Cr同族,但周期数比Cr的大1,因而基态Mo原子的价电子排布为4d55s1,核外未成对电子数为6。
4d55s1
6
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3
(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_________。
12
解析: (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A、B。(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。
AB
C
sp2和sp3
1
2
4
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3
(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____________________________________________________
____________________________________________________________________。
12
解析: (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。
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
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,所需的能量高,分子晶体熔化时破坏分子间作用力,所需的能量低
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3
13.(10分)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
12
K
C
1
2
4
5
6
7
8
9
10
11
13
3
解析: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。
12
(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________
_______________________________________________________________。
解析: 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。
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
1
2
4
5
6
7
8
9
10
11
13
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(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______________________
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冠醚Z可溶于烯烃,加
入冠醚Z中的K+因静电作用将Mn带入烯烃中,增大反应物的接触面积,提高了氧化效果
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解析: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Mn带入烯烃中,增大反应物的接触面积,提高了氧化效果。
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本课结束
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