魯科版選修3 物質(zhì)的其他聚集狀態(tài) 學(xué)案3.doc

第4節(jié) 物質(zhì)的其他聚集狀態(tài)名師導(dǎo)航知識(shí)梳理一、非晶體 從結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)出發(fā),物質(zhì)的狀態(tài)可分為_、_、_三種聚集態(tài)。在固體時(shí)又分為_和_，它們的最大區(qū)別在于_。把晶體中的任意一個(gè)微粒沿某個(gè)方向平移一定距離，必能找到_。而_、_、_等物質(zhì)內(nèi)部微粒的排列則是長(zhǎng)程_和短程_。二、液晶 這種在一定溫度范圍內(nèi)存在的液體既具有液體的_，又具有像晶體那樣的_，于是人們形象地稱這種液體為液態(tài)晶體，簡(jiǎn)稱為液晶。液晶在_、_、_等宏觀性質(zhì)方面之所以表現(xiàn)出類似晶體的各向異性，是因?yàn)開。在施加電壓時(shí)，液晶分子能夠沿_，而在移去電場(chǎng)之后，液晶分子_，這就是電子手表和筆記本電腦數(shù)字或圖像得以顯示的原因。三、納米材料 納米材料實(shí)際上是指_具有特定功能的材料。納米材料在光、聲、電、磁、熱、力、化學(xué)反應(yīng)等方面完全_由微米級(jí)或毫米級(jí)的結(jié)構(gòu)顆粒構(gòu)成的材料，例如，納米陶瓷有_，并在低溫下顯示出良好的_，納米金屬則成為_，且各種納米金屬顆粒幾乎都是_，據(jù)此納米金屬材料可制作_的雷達(dá)吸收材料。四、等離子體 等離子體是指_，因?yàn)榈入x子體中正、負(fù)電荷大致相等，總體來看等離子體呈_，可通過_、_、_、_等手段使氣體轉(zhuǎn)化為等離子體。等離子體中的微粒帶有_，而且能_，使等離子體有很好的導(dǎo)電性，加之有很高的_和_，所以等離子體用途十分廣泛，例如：_。疑難突破 金的常規(guī)熔點(diǎn)為1 064 ，但2 nm尺寸金的熔點(diǎn)僅為327 左右；優(yōu)良的金屬導(dǎo)體在尺寸減少到幾納米時(shí)就成了絕緣體且各種金屬納米顆粒幾乎都是黑色。這是為什么？剖析：組成納米材料的晶狀顆粒內(nèi)部的有序原子與晶粒界面的無序原子各約占原子總數(shù)的50%，從而形成與晶態(tài)、非晶態(tài)均不同的一種新的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在納米晶粒中表面活性原子占總原子數(shù)的比例非常大，使其表面能大大增加，熔化時(shí)所需能量減少，熔點(diǎn)降低，因此納米金的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于金的常規(guī)熔點(diǎn)。在金屬納米粒子中電子的數(shù)量是有限的，因而能帶是不連續(xù)的，造成了光吸收等異常物性，因此各種金屬納米顆粒幾乎都是黑色，隨著粒子的微細(xì)化，金屬超導(dǎo)臨界溫度tc逐漸提高，這樣優(yōu)良的金屬導(dǎo)體在尺寸減少到幾納米時(shí)就成了絕緣體。問題探究問題：圖3-29是“晶體和非晶體導(dǎo)熱性能實(shí)驗(yàn)儀”（是放置云母片或玻璃片的嵌縫，為去掉尖頭的15w平直電烙鐵，為實(shí)驗(yàn)儀的底座，為烙鐵固定架）。把云母片插入處嵌縫中，蠟層朝上，蠟層的反面緊貼烙鐵直頭，將烙鐵接通電源30 s后斷電，云母片蠟層上形成透明橢圓蠟斑；接著取下云母片，換上玻璃片，經(jīng)過同樣的操作程序，玻璃片上蠟層形成透明圓形蠟斑。圖3-29 請(qǐng)你對(duì)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做出合理的解釋。探究：云母晶體內(nèi)部原子的排列十分規(guī)整嚴(yán)格，在空間按一定規(guī)律周期性重復(fù)排列而表現(xiàn)出長(zhǎng)程有序，因此在進(jìn)行導(dǎo)熱性實(shí)驗(yàn)時(shí)在不同的方向上導(dǎo)熱性能不同，表現(xiàn)出各向異性。玻璃屬于非晶體，其內(nèi)部原子的排列則是雜亂無章，長(zhǎng)程無序，短程有序，因此在各個(gè)方向上的導(dǎo)熱性能相同，表現(xiàn)出各向同性。典題精講【例1】納米材料是21世紀(jì)最有前途的新型材料之一，世界各國(guó)對(duì)這一新材料給予了極大的關(guān)注。納米粒子是指直徑為1100 nm的超細(xì)粒子（1 nm=10-9 m）。由于表面效應(yīng)和體積效應(yīng)，其常有奇特的光、電、磁、熱等性質(zhì)，可開發(fā)為新型功能材料，有關(guān)納米粒子的敘述不正確的是（ ）a.因納米粒子半徑太小，故不能將其制成膠體b.一定條件下納米粒子可催化水的分解c.一定條件下，納米tio2陶瓷可發(fā)生任意彎曲，可塑性好d.納米粒子半徑小，表面活性高思路解析：題中涉及納米材料這一新型材料，根據(jù)納米粒子微粒大小，判斷出其分散質(zhì)粒子大小剛好處在膠體分散質(zhì)大小的范圍內(nèi)。因此我們要結(jié)合膠體知識(shí)，并緊密聯(lián)系題干中的有關(guān)知識(shí)，分析討論。答案：a【例2】 前不久我國(guó)科學(xué)家成功合成了3 nm長(zhǎng)的管狀納米管，長(zhǎng)度居世界之首。這種碳纖維具有強(qiáng)度高、剛度（抵抗變形的能力）高、密度小（只有鋼的1/4），熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，因而被稱為“超級(jí)纖維”。下列對(duì)碳纖維的說法不正確的是（ ）a.它是制造飛機(jī)的理想材料 b.它的主要組成元素是碳c.它的抗腐蝕能力強(qiáng) d.碳纖維復(fù)合材料不易導(dǎo)電思路解析：納米材料有其獨(dú)特的功能，我們都知道：一般飛機(jī)是用鋼鐵制造的，由于碳纖維的“強(qiáng)度高、剛度高、密度小”，它也可以作為制造飛機(jī)的理想材料；碳纖維復(fù)合材料其主要元素是碳，但由于合成的是納米級(jí)材料，碳原子最外層有4個(gè)電子，也可以類似于石墨結(jié)構(gòu)，存在著自由電子。答案：d知識(shí)導(dǎo)學(xué) 材料科學(xué)的發(fā)展直接制約著科技的進(jìn)步，研究物質(zhì)的一些特定的聚集狀態(tài)是開發(fā)新材料的一種重要途徑。在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容時(shí)，要分別從結(jié)構(gòu)、性能和用途等方面研究非晶體、液晶、納米材料和等離子體等物質(zhì)的聚集狀態(tài)，深化對(duì)物質(zhì)聚集狀態(tài)的認(rèn)識(shí)。 非晶體與晶體的本質(zhì)區(qū)別在于內(nèi)部微粒在空間是否按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列，但是要了解固體除了晶體和非晶體之外，還存在準(zhǔn)晶體。 液晶可分為近晶型液晶、向列型液晶、膽甾型液晶。 近晶型液晶的分子排列比較整齊，近似于晶體，這種液晶黏度較大，流動(dòng)性較差。 向列型液晶的分子作交錯(cuò)平行排列，這種液晶黏度較低，流動(dòng)性較好。 膽甾型液晶分子也作層狀，但是與前兩者有所不同。 從納米材料的結(jié)構(gòu)特征來看，納米固體具有與晶態(tài)、非晶態(tài)和原子簇等不同的物理化學(xué)特性。這些特性來源于兩個(gè)方面，即表面效應(yīng)與體積效應(yīng)。 納米材料既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料。如果僅僅是尺度達(dá)到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個(gè)中間領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認(rèn)識(shí)到這個(gè)尺度范圍的性能。 產(chǎn)生等離子體的方法和途徑多種多樣，涉及許多微觀過程、物理效應(yīng)和實(shí)驗(yàn)方法。其中，宇宙天體及地球上層大氣的電離層屬于自然界產(chǎn)生的等離子體。在化學(xué)領(lǐng)域常用的產(chǎn)生等離子體的方法主要有以下幾種：（1）氣體放電法，（2）光電離法和激光輻射電離，（3）射線輻照法，（4）燃燒法，（5）沖擊波法。 等離子體是繼固體、液體、氣體之后物質(zhì)的第四種聚集狀態(tài)。氣體放電是產(chǎn)生等離子體的一種常見形式，氣體放電實(shí)現(xiàn)的方式可以千差萬別，但產(chǎn)生放電的基本過程是利用外（電）場(chǎng)加速電子使之碰撞中性原子（分子）來電離氣體。疑難導(dǎo)析 對(duì)于納米材料所具有的特殊性質(zhì)，應(yīng)從納米材料所具有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。 要知道納米材料是否由直徑為幾個(gè)或幾十個(gè)納米的顆粒和顆粒間的界面兩部分組成。 要清楚納米顆粒與界面的不同：納米顆粒是否是長(zhǎng)程有序的晶體結(jié)構(gòu)，界面是否是既不長(zhǎng)程有序，也不短程有序的無序結(jié)構(gòu)。 與普通的金屬、陶瓷和其他固體材料一樣，納米材料也是由原子構(gòu)成的，這些原子是否排列成了納米量級(jí)的原子團(tuán)，由分析納米材料的粒子細(xì)化和界面原子比例的高低，從而可說明納米材料具有既不同于微觀粒子，又不同于宏觀物體的獨(dú)特的性質(zhì)。問題導(dǎo)思 由實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)性質(zhì)的差異應(yīng)遵循以下思路： 分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出物質(zhì)性質(zhì)的差別。由云母片實(shí)驗(yàn)時(shí)形成橢圓蠟斑，玻璃片形成圓形蠟斑可以推斷云母片在不同的方向上導(dǎo)熱性能不同，從而說明是否表現(xiàn)出各向異性；由玻璃片在各個(gè)方向上導(dǎo)熱性能相同，從而說明是否表現(xiàn)出各向同性。 從結(jié)構(gòu)上分析物質(zhì)性質(zhì)存在差異的原因。云母片和玻璃片性質(zhì)上存在差異的根本原因可從內(nèi)部原子的排列推斷：要清楚前者內(nèi)部原子的排列是否規(guī)整嚴(yán)格，后者內(nèi)部原子的排列是否雜亂無章。 推廣到結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)。云母是否屬于晶體而玻璃是否屬于非晶體，由此可說明晶體具有各向異性而非晶體具有各向同性。典題導(dǎo)考綠色通道：解答關(guān)于特殊聚集狀態(tài)物質(zhì)的題目關(guān)鍵是熟悉各聚集狀態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、典型性質(zhì)以及應(yīng)用?！镜漕}變式1】 下列關(guān)于物質(zhì)特殊聚集狀態(tài)結(jié)構(gòu)的敘述中，錯(cuò)誤的是（ ）a.等離子體的基本構(gòu)成微粒是帶電的離子和電子及不帶電的分子或原子b.非晶體基本構(gòu)成微粒的排列是長(zhǎng)程無序和短程有序的c.液晶內(nèi)部分子沿分子長(zhǎng)軸方向有序排列，使液晶具有各向異性d.納米材料包括納米顆粒與顆粒間的界面兩部分，兩部分都是長(zhǎng)程有序答案：d綠色通道：當(dāng)物質(zhì)達(dá)到納米尺度以后，大約是在1100 nm這個(gè)范圍空間，物質(zhì)的性能就會(huì)發(fā)生突變，出現(xiàn)特