【化學】2023-2024學年魯科版選擇性必修二 液晶、納米材料與超分子課件

第3節(jié)液晶、納米材料與超分子課程標準1．了解液晶、納米材料和超分子的結(jié)構(gòu)特征及特殊性質(zhì)。2．了解上述幾類不同物質(zhì)的實際應(yīng)用。

學法指導(dǎo)1.結(jié)合教材中的圖示，了解其他聚集狀態(tài)的物質(zhì)(如液晶、納米材料、超分子等)的結(jié)構(gòu)及特殊性質(zhì)。2．聯(lián)系生產(chǎn)、生活及科技前沿知識，了解液晶、納米材料、超分子的實際應(yīng)用。知識點一

液晶和納米材料一、液晶1．定義：在一定的溫度范圍內(nèi)既具有液體的______性，又具有晶體的________性的物質(zhì)稱液晶。2．性質(zhì)及原因(1)性質(zhì)：液晶在________、________、電導(dǎo)率等宏觀性質(zhì)方面表現(xiàn)各向異性。(2)原因：液晶內(nèi)部分子的排列沿分子長軸方向呈現(xiàn)出________的排列?？闪鲃痈飨虍愓凵渎蚀呕视行蚨?、納米材料1．結(jié)構(gòu)：納米材料由直徑為幾或幾十________的顆粒和顆粒間的界面兩部分組成。2．性質(zhì)：納米顆粒內(nèi)部具有________結(jié)構(gòu)，界面則為________結(jié)構(gòu)，因此納米材料具有既不同于微觀粒子又不同于宏觀物體的獨特性質(zhì)。3．應(yīng)用：納米材料的顆粒很小和處于___________所占比例較高，使得納米材料在光學、聲學、電學、磁學、熱學、力學、化學反應(yīng)等方面完全不同于由________或________的結(jié)構(gòu)顆粒構(gòu)成的材料。納米晶狀無序界面的原子微米量級毫米量級4．“明星”納米材料(1)家族：________(C60等球碳)、石墨烯(單層石墨片)和________。(2)碳納米管①結(jié)構(gòu)：________結(jié)構(gòu)，由石墨片圍繞________按照一定的螺旋角卷繞而成的無縫、中空“微管”。②特性：纖維長、強度高、韌性高。③性能：具有特殊的電學、熱學、光學、________等性能。富勒烯碳納米管管狀中心軸儲氫微點撥晶體和非晶體的判斷并非根據(jù)外觀判斷，要根據(jù)晶體的特征進行判斷。如：玻璃、石蠟、瀝青等非晶體物質(zhì)內(nèi)部微粒的排列是長程無序和短程有序，所以它們沒有晶體結(jié)構(gòu)所具有的對稱性、各向異性和自范性。學思用1．判斷下列說法是否正確，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)納米材料屬于膠體。(

)(2)納米材料有某些其他材料沒有的特性。(

)(3)液晶就是液態(tài)的晶體。(

)(4)液晶可制造液晶顯示器。(

)×√×√2．下列說法正確的是(

)①納米材料可大大提高材料的強度和硬度②納米材料可提高材料的磁性③納米材料能制作高貯存密度的量子磁盤④納米機器人“醫(yī)生”能進入人體殺死癌細胞

⑤納米是長度單位A．①②③④⑤B．②③④C．②③④⑤

D．①②③④答案：A解析：納米材料的性能包括提高材料的強度、硬度、改變顏色、增強磁性等。納米技術(shù)能制造出納米“機器人”，進入人體殺死癌細胞，制作的量子磁盤，能作高密度的磁記錄。納米是長度單位。知識點二

超分子1.定義若________或________分子相互“組合”在一起形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的________，能表現(xiàn)出不同于單個分子的性質(zhì)，可以把這種聚集體看成分子層次之上的分子，稱為超分子。2．結(jié)構(gòu)超分子內(nèi)部分子之間通過________結(jié)合，包括________、________、________以及一些分子與金屬離子形成的________等。兩個多個聚集體非共價鍵氫鍵靜電作用疏水作用弱配位鍵3．超分子的應(yīng)用(1)冠醚及其作用與陽離子作用，隨環(huán)的大小不同而與不同的金屬離子作用，將陽離子以及對應(yīng)的陰離子都帶入有機溶劑，成為有機反應(yīng)中很好的催化劑。(2)分子梭的轉(zhuǎn)化在鏈狀分子A上同時含有兩個不同的識別位點。在堿性情況下，環(huán)狀分子B與帶有正電荷的位點1的相互作用較強；在酸性情況下，由于位點2的亞氨基結(jié)合H＋而帶正電荷，與環(huán)狀分子B的作用增強。因此，通過加入酸和堿，可以實現(xiàn)分子梭在兩個不同狀態(tài)之間的切換。(3)分子組裝在分子水平上進行分子設(shè)計，有序組裝甚至復(fù)制出一些新型的分子材料。學思用下列有關(guān)超分子的說法正確的是(

)A．超分子是如蛋白質(zhì)一樣的大分子B．超分子是由小分子通過聚合得到的高分子C．超分子是由高分子通過非化學鍵作用形成的分子聚集體D．超分子是由兩個或多個分子通過分子間相互作用形成的分子聚集體答案：D解析：超分子不同于蛋白質(zhì)、淀粉等大分子，也不是由小分子通過聚合得到的高分子，超分子是由兩個或多個分子相互“組合”在一起形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體。提升點

液晶、納米材料與超分子的比較聚集狀態(tài)液晶納米材料超分子定義在一定溫度范圍內(nèi)既具有液體的可流動性，又具有晶體的各向異性的聚集狀態(tài)由直徑為幾或幾十納米的顆粒(內(nèi)部具有晶狀結(jié)構(gòu)，原子排列有序)和顆粒間的界面(無序結(jié)構(gòu))兩部分組成的材料兩個或多個分子“組合”在一起形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體特征折射率、磁化率、電導(dǎo)率等均表現(xiàn)出各向異性，液晶顯示的驅(qū)動電壓低、功率小粒子很小、界面原子比例較高，使納米材料在光、聲、電、磁、熱、力、化學反應(yīng)等方面具有特性與陽離子作用，隨環(huán)的大小不同而與不同金屬離子作用，將陽離子帶入有機溶劑，成為有機反應(yīng)的催化劑重要應(yīng)用液晶顯示器、電子表、計算器、數(shù)字儀表化妝品、涂料、食品、化纖布料、隱形飛機進行分子識別、分子組裝，促進超分子化學研究的發(fā)展互動探究世界上最小的馬達，只有千萬分之一個蚊子那么大，如圖，這種分子馬達將來可用于消除體內(nèi)垃圾。問題1

該圖是馬達分子的什么模型？提示：圖是馬達分子的球棍模型。

問題2

該分子中含有的組成環(huán)的原子是何種元素的原子？分子中共有多少個該原子？提示：該分子中組成環(huán)的原子是碳原子，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)可知，該分子中含有30個碳原子。問題3

納米材料屬于膠體嗎？

提示：納米材料既不屬于晶體也不屬于膠體。

問題4

超分子就是分子量比較大的分子嗎？為什么？提示：不是。超分子是兩個或多個分子“組合”在一起形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體，而非分子量很大的分子。典例示范[典例]下列關(guān)于物質(zhì)特殊聚集狀態(tài)的敘述錯誤的是(

)A．離子液體的基本構(gòu)成微粒是陰、陽離子B．超分子內(nèi)部分子之間可以通過非共價鍵結(jié)合C．液晶內(nèi)部分子沿分子長軸方向有序排列，使液晶具有各向異性D．納米材料包括納米顆粒和顆粒間的界面兩部分，兩部分的排列都是有序的答案：D解析：離子液體一般由有機陽離子和無機陰離子構(gòu)成，A項正確；超分子內(nèi)部分子之間通過非共價鍵相結(jié)合，如氫鍵、靜電作用等，B項正確；液晶內(nèi)部分子的排列沿分子長軸方向呈現(xiàn)出有序的排列，使液晶在折射率、磁化率、電導(dǎo)率等宏觀性質(zhì)方面表現(xiàn)出類似晶體的各向異性，C項正確；納米顆粒內(nèi)部具有晶狀結(jié)構(gòu)，原子排列有序，而界面則為無序結(jié)構(gòu)，D項錯誤。素養(yǎng)訓練[訓練]石墨炔是繼富勒烯、碳納米管、石墨烯之后一種新的全碳納米結(jié)構(gòu)材料，其獨特的結(jié)構(gòu)有利于鋰離子在面內(nèi)和面外的擴散和傳輸。下列有關(guān)物質(zhì)①～④的說法正確的是(

)A．物質(zhì)①、③均能發(fā)生加成反應(yīng)，是不飽和烴B．物質(zhì)②主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成，沒有導(dǎo)電性C．物質(zhì)①有望成為一種新的導(dǎo)電材料D．物質(zhì)④的分子式為C10H14，性質(zhì)穩(wěn)定，其一氯代物有兩種答案：C解析：物質(zhì)①石墨炔、③富勒烯是碳的同素異形體不屬于烴，故A錯；物質(zhì)②為碳納米管，是由碳原子構(gòu)成的六邊形結(jié)構(gòu)，和碳的性質(zhì)相同，具有導(dǎo)電性，故B錯；物質(zhì)①為石墨炔，有望成為一種新的導(dǎo)電材料是正確的，故C對；物質(zhì)④的分子式為C10H16，性質(zhì)穩(wěn)定，其一氯代物有兩種，故D錯。課

堂

總

結(jié)[知識導(dǎo)圖][誤區(qū)警示]1．液晶既具有液體的可流動性，又具有像晶體那樣的各向異性，在折射率、磁化率、電導(dǎo)率等方面具有宏觀物體的性質(zhì)。2．納米材料具有良好的物理、化學性質(zhì)。納米材料在光、聲、電、磁、熱、力、化學反應(yīng)等方面完全不同于由微米量級或毫米量級的結(jié)構(gòu)顆粒構(gòu)成的材料。1．下列關(guān)于物質(zhì)聚集狀態(tài)的敘述中，錯誤的是(

)A．物質(zhì)只有氣、液、固三種聚集狀態(tài)B．氣態(tài)是高度無序的體系存在狀態(tài)C．固態(tài)中的原子或者分子結(jié)合的較緊湊，相對運動較弱D．液態(tài)物質(zhì)的微粒間距離和作用力的強弱介于固、氣兩態(tài)之間，表現(xiàn)出明顯的流動性答案：A解析：物質(zhì)除氣、液、固三種聚集狀態(tài)以外，還有其他的聚集狀態(tài)，如液晶、納米材料、超分子。2．下列關(guān)于液晶的說法正確的是(

)A．液晶是液體和晶體的混合物B．液晶是一種晶體C．液晶分子在特定條件下排列比較整齊，但不穩(wěn)定D．所有物質(zhì)在一定條件下都能成為液晶答案：C解析：液晶有液體的流動性與晶體的各向異性，故A錯誤；液晶既不同于晶體又不同于非晶體，故B錯誤；液晶在特定條件下如外加電場作用下排列整齊，一旦取消電場又恢復(fù)原狀，所以液晶不穩(wěn)定，故C正確；人們熟悉的物質(zhì)狀態(tài)(又稱相)為氣、液、固，較為生疏的是液晶，所以并不是所有物質(zhì)都具有液晶態(tài)，故D錯誤。3．納米材料是最有前途的新型材料之一，世界各國對這一新材料給予了極大的關(guān)注。納米粒子是指直徑為1～100nm的超細粒子(1nm＝10－9m)。由于納米粒子的表面效應(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。下列有關(guān)納米粒子的敘述不正確的是(

)A．因納米粒子直徑太小，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．納米粒子直徑小，表面活性高答案：A解析：根據(jù)題干中納米粒子的直徑大小，判斷出其直徑范圍剛好與膠體的分散質(zhì)微粒直徑范圍相同，故能將其制成膠體，A項錯誤。4.下列關(guān)于超分子材料的敘述錯誤的是(

)A．DNA中的兩條分子鏈之間通過氫鍵作用組合在一起B(yǎng)．高錳酸鉀對烯烴的氧化效果差，加入冠醚能夠快速的被氧化，是由于冠醚與金屬離子形成超分子C．超分子之所以具有選擇性是由于分子之間存在共價鍵D．利用超分子的選擇性可以對物質(zhì)進行識別和組裝答案：C解析：超分子的內(nèi)部分子之間通過非共價鍵相結(jié)合。5．納米是長度單位，1nm＝1×10－9