高中化學(xué)選擇性必修2課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)3-3液晶納米材料與超分子

課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)十四液晶、納米材料與超分子(40分鐘70分)一、選擇題(本題包括7小題,每小題5分,共35分)1.(2020·泰安高二檢測(cè))玻璃是常見的非晶體,在生產(chǎn)、生活中有著廣泛的應(yīng)用,有關(guān)玻璃的說法錯(cuò)誤的是 ()A.玻璃內(nèi)部微粒排列是長(zhǎng)程無序和短程有序的B.玻璃熔化時(shí)吸熱,溫度不斷上升C.光纖和玻璃的主要成分都可看成SiO2,二者都是非晶體D.利用X射線衍射實(shí)驗(yàn)可以鑒別玻璃和水晶【解析】選C。根據(jù)玻璃是非晶體知,構(gòu)成玻璃的粒子的排列是長(zhǎng)程無序和短程有序的,沒有固定的熔點(diǎn),A、B正確;區(qū)分晶體與非晶體最科學(xué)的方法是對(duì)固體進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn),D正確。2.下列有關(guān)液晶的敘述中不正確的是 ()A.具有液體的流動(dòng)性、晶體的各向異性B.制造液晶顯示器C.不是物質(zhì)的一種聚集狀態(tài)D.液晶分子聚集在一起時(shí),其分子間的相互作用很容易受溫度、壓力和電場(chǎng)的影響【解析】選C。由液晶的定義可知液晶是物質(zhì)的一種聚集狀態(tài),C錯(cuò)誤;這種在一定溫度范圍內(nèi)存在的液體既具有液體的流動(dòng)性,又具有晶體的各向異性,這種液體稱為液態(tài)晶體,簡(jiǎn)稱液晶,這是液晶的定義,所以A正確;液晶分子聚集在一起時(shí),其分子間的相互作用很容易受溫度、壓力和電場(chǎng)的影響,這是液晶的性質(zhì),也可以用來解釋為什么可以用液晶來做液晶顯示器,所以B、D都正確。3.(2020·大連高二檢測(cè))納米材料的表面粒子數(shù)占總粒子數(shù)的比例極大,這是它具有許多特殊性質(zhì)的原因。假設(shè)某納米顆粒的大小和形狀恰好與某晶體晶胞的大小和形狀(如圖)相同,則這種納米顆粒的表面粒子數(shù)占總粒子數(shù)的百分?jǐn)?shù)為 ()A.87.5%B.88.9%C.96.3%D.100%【解析】選B。表面粒子數(shù)占總粒子數(shù)的百分?jǐn)?shù)為QUOTE×100%=88.9%。4.下列敘述正確的是 ()A.食鹽粉末為非晶體B.液體與晶體混合物叫液晶C.超分子就是兩個(gè)或多個(gè)分子“組合”在一起形成的具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體D.最大維度處于納米尺度的材料叫納米材料【解析】選C。食鹽粉末是由細(xì)小食鹽晶體組成,保持食鹽晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點(diǎn),不是非晶體,故A項(xiàng)不正確;液晶是指外觀為液態(tài),但卻有晶體的特性的物質(zhì),故B項(xiàng)不正確;超分子就是兩個(gè)或多個(gè)分子“組合”在一起形成的具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體,故C項(xiàng)正確;納米材料是指至少有一維為納米級(jí)尺度的材料,故D項(xiàng)不正確。5.(2020·邢臺(tái)高二檢測(cè))下列關(guān)于物質(zhì)特殊聚集狀態(tài)的敘述中,錯(cuò)誤的是 ()A.在電場(chǎng)存在的情況下,液晶分子沿著電場(chǎng)方向有序排列B.非晶體的內(nèi)部原子或分子的排列雜亂無章C.液晶最重要的用途是制造液晶顯示器D.由納米粒子構(gòu)成的納米陶瓷有極高的硬度,但低溫下不具有優(yōu)良的延展性【解析】選D。納米粒子構(gòu)成的納米陶瓷在低溫下具有良好的延展性。6.(2020·福州高二檢測(cè))2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予在合成分子機(jī)器領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家。分子機(jī)器是一種特殊的超分子體系,當(dāng)體系受到外在刺激(如pH變化、吸收光子、電子得失等)時(shí),分子組分間原有作用被破壞,各組分間發(fā)生類似于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的某種熱運(yùn)動(dòng)。下列說法不正確的是 ()A.驅(qū)動(dòng)分子機(jī)器時(shí),需要對(duì)體系輸入一定的能量B.分子狀態(tài)的改變會(huì)伴隨能量變化,屬于化學(xué)變化C.氧化還原反應(yīng)有可能是刺激分子機(jī)器體系的因素之一D.光照有可能使分子產(chǎn)生類似于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的某種熱運(yùn)動(dòng)【解析】選B。需要對(duì)體系輸入一定的能量,才能驅(qū)動(dòng)分子機(jī)器,故A正確;分子狀態(tài)的改變是物態(tài)變化,屬于物理變化,故B錯(cuò)誤;電子的得失是氧化還原反應(yīng)的本質(zhì),則發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)可刺激分子機(jī)器體系,故C正確;光照可使光能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,即光照能使分子產(chǎn)生類似于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的某種熱運(yùn)動(dòng),故D正確。【補(bǔ)償訓(xùn)練】(2020·石家莊高二檢測(cè))下列說法符合科學(xué)性的是 ()A.我廠生產(chǎn)的食鹽對(duì)人體有益,它是納米材料,易吸收、易消化B.我廠生產(chǎn)的食鹽,處于液晶狀態(tài),是你日常生活中不可缺少的物質(zhì),它是非常純凈的非晶體C.金的常規(guī)熔點(diǎn)約為1064℃,而制成2nm尺寸的金的熔點(diǎn)只有327℃左右,所以納米金屬于分子晶體D.液晶是一種具有晶體性質(zhì)的特殊物質(zhì),可用于制造顯示器【解析】選D。A、B是錯(cuò)誤的,食鹽易溶于水,溶解前處于什么狀態(tài)與溶解、吸收無多大關(guān)系,只是溶解的快慢問題。通常食鹽處于晶體狀態(tài),不是處于液晶狀態(tài)。納米材料不同于一般的晶體、非晶體,所以C也是錯(cuò)誤的。7.納米是長(zhǎng)度單位,1nm等于1×109m,物質(zhì)的顆粒達(dá)到納米級(jí)時(shí),具有特殊的性質(zhì)。如將單質(zhì)銅制成“納米銅”時(shí),“納米銅”具有非常強(qiáng)的化學(xué)活性,可以在空氣中燃燒。下列對(duì)“納米銅”的有關(guān)敘述正確的是 ()A.常溫下,“納米銅”比銅片的金屬性強(qiáng)B.常溫下,“納米銅”比銅片更易失電子C.常溫下,“納米銅”與銅片的還原性相同D.常溫下,“納米銅”比銅片的氧化性強(qiáng)【解析】選B?！凹{米銅”能在空氣中燃燒,說明比銅片活潑,即比銅片更易失電子,比銅片還原性強(qiáng);銅片和“納米銅”均為銅單質(zhì),故金屬性相同。二、非選擇題(本題包括3小題,共35分)8.(10分)(1)(CH3)3NH+和[AlCl4]可形成離子液體。離子液體由陰、陽離子組成,熔點(diǎn)低于100℃,其揮發(fā)性一般比有機(jī)溶劑________(填“大”或“小”),可用作________(填字母)。

a.助燃劑 b.“綠色”溶劑c.復(fù)合材料 d.絕熱材料(2)在納米級(jí)的空間中,水的結(jié)冰溫度是怎樣的呢?為此,科學(xué)家對(duì)不同直徑碳納米管中水的結(jié)冰溫度進(jìn)行分析。下圖是四種不同直徑碳納米管中的冰柱結(jié)構(gòu)及結(jié)冰溫度,冰柱的大小取決于碳納米管的直徑。水在碳納米管中結(jié)冰的規(guī)律是

__。

【解析】(1)由(CH3)3NH+和[AlCl4]形成的離子液體,陰、陽離子間的作用力肯定大于有機(jī)溶劑分子間的范德華力,因此其揮發(fā)性一般比有機(jī)溶劑小;該離子液體中不含氧,則其不助燃,屬于無機(jī)物,一般不能用作復(fù)合材料;由陰、陽離子形成的離子液體,應(yīng)該具有導(dǎo)熱性,不可能用作絕熱材料。(2)由題圖可知,隨著碳納米管直徑的增大,結(jié)冰溫度依次為27℃、7℃、53℃、83℃,即碳納米管直徑越大,結(jié)冰溫度越低。答案:(1)小b(2)碳納米管直徑越大,結(jié)冰溫度越低9.(10分)科學(xué)的進(jìn)步離不開技術(shù)的突破。原子光譜核磁共振、X射線衍射、量子計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用都推進(jìn)了結(jié)構(gòu)的研究。如過渡元素原子結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、配合物結(jié)構(gòu)研究等。胍鎓離子[C(NH2QUOTE]可以與甲基磺酸根(CH3SQUOTE)形成超分子晶體,其局部結(jié)構(gòu)如圖所示。(1)組成該晶體的元素中電負(fù)性最大的是________,其中S的雜化類型為________。

(2)元素C、N、S的簡(jiǎn)單氫化物在水中的溶解度從小到大的順序?yàn)開_______,原因是__

__。

【解析】(1)電負(fù)性最大的元素為O元素,S形成了4個(gè)σ鍵,根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷S為sp3雜化。(2)水為極性溶劑,CH4為非極性分子,NH3、H2S均為極性分子,且NH3能與水形成氫鍵,再結(jié)合相似相溶原理可以判斷C、N、S的簡(jiǎn)單氫化物在水中的溶解度從小到大為CH4<H2S<NH3。答案:(1)Osp3(2)CH4<H2S<NH3CH4為非極性分子,NH3、H2S均為極性分子,且NH3能與水形成氫鍵10.(15分)(2020·蘭州高二檢測(cè))超分子化學(xué)已逐漸擴(kuò)展到化學(xué)的各個(gè)分支,還擴(kuò)展到生命科學(xué)和物理學(xué)等領(lǐng)域。由Mo將2個(gè)C60分子、2個(gè)p甲酸丁酯吡啶及2個(gè)CO分子利用配位鍵組裝的超分子結(jié)構(gòu)如圖所示。(1)Mo處于第五周期第ⅥB族,核外電子排布與Cr相似,它的基態(tài)價(jià)電子排布式是________;核外未成對(duì)電子數(shù)是________個(gè)。

(2)該超分子中存在的化學(xué)鍵類型有________。

A.σ鍵B.π鍵C.離子鍵D.氫鍵(3)該超分子中配體CO提供孤電子對(duì)的原子是________(填元素符號(hào)),p甲酸丁酯吡啶配體中C原子的雜化方式有________。

(4)從電負(fù)性角度解釋CF3COOH的酸性強(qiáng)于CH3COOH的原因

__。

(5)C60與金剛石互為同素異形體,從結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系解釋C60的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于金剛石的原因是

__。

(6)已知:某晶胞中各原子的相對(duì)位置可用如圖所示的原子坐標(biāo)表示,其中所有頂點(diǎn)原子坐標(biāo)均為(0,0,0)。鉬(Mo)的一種立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)中,每個(gè)晶胞有2個(gè)Mo原子,其中Mo原子坐標(biāo)是(0,0,0)及(1/2,1/2,1/2)。已知該晶體的密度是ρg·cm3,Mo的摩爾質(zhì)量是Mg·mol1,阿伏加德羅常數(shù)是NA,晶體中距離最近的Mo原子核之間的距離為________pm。

【解析】(1)Cr的基態(tài)價(jià)電子分布為3d54s1,而Mo與Cr同主族,但比Cr多了一周期,因而基態(tài)價(jià)電子排布為4d55s1,用軌道電子排布表示為,因而核外未成對(duì)的電子為6個(gè)。(2)觀察該超分子結(jié)構(gòu)有雙鍵,說明有σ鍵和π鍵,分子中不存在離子鍵,根據(jù)信息Mo形成配位鍵,因而答案選AB。(3)CO作配體時(shí)是C作配位原子,氧把孤對(duì)電子給了碳,碳變成富電子中心,有提供電子對(duì)形成配位鍵的能力,p甲酸丁酯吡啶中碳原子有形成雙鍵,說明其雜化方式為sp2,在丁基中C原子形成四個(gè)單鍵為sp3雜化。(4)F的電負(fù)性強(qiáng)于H,對(duì)電子的吸引能力強(qiáng),使共用電子對(duì)偏向F,使氧氫鍵較易斷裂,因此CF3COOH酸性強(qiáng)于CH3COOH。(5)根據(jù)不同晶體類型的性質(zhì)不同來解釋:C60是分子晶體,金剛石是共價(jià)晶體,共價(jià)晶體熔化時(shí)破壞的共價(jià)鍵所需的能量遠(yuǎn)高于分子晶體熔化時(shí)破壞的分子間作用力。(6)Mo的一種立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)中,以(0,0,0)Mo原子為中心,那么與之最近的Mo原子有8個(gè),分別是(1/2,1/2,1/2),(1/2,1/2,1/2),(1/2,1/2,1/2)等等,先計(jì)算出立方的棱長(zhǎng),每個(gè)晶胞中含有2個(gè)Mo原子,晶胞體積V=QUOTEcm3,所以立方棱長(zhǎng)a=QUOTE=QUOTEcm,最近的兩個(gè)原子坐標(biāo)為(0,0,0)和(1/2,1/2,1/2),根據(jù)比例關(guān)系,原子最近真實(shí)距離等于QUOTE×QUOTE×1010pm。答案:(1)4d55s16(2)AB(3)Csp2和sp3(4)F的電負(fù)性強(qiáng)于H,對(duì)電子的吸引能力強(qiáng),使共用電子對(duì)偏向F,使氧氫鍵較易斷裂,因此酸性強(qiáng)于CH3COOH(5)C60是分子晶體,金剛石是共價(jià)晶體,共價(jià)晶體熔化時(shí)破壞的共價(jià)鍵所需的能量遠(yuǎn)高于分子晶體熔化時(shí)破壞的分子間作用力(6)QUOTE×QUOTE×1010(20分鐘30分)一、選擇題(本題包括2小題,每小題8分,共16分)11.(2020·赤峰高二檢測(cè))擬晶是一種具有凸多面體規(guī)則外形但不同于晶體的固態(tài)物質(zhì)。Al65Cu23Fe12是目前發(fā)現(xiàn)的幾百種擬晶之一,具有合金的某些優(yōu)良物理性能。下列有關(guān)該擬晶的說法中錯(cuò)誤的是 ()A.Al65Cu23Fe12可用作長(zhǎng)期浸泡在海水中的材料B.Al65Cu23Fe12中三種金屬的化合價(jià)均可視為零C.Al65Cu23Fe12的硬度可能比金屬Al、Cu、Fe都大D.1molAl65Cu23Fe12溶于過量的硝酸時(shí)共失去277mol電子【解析】選A。根據(jù)題意,該擬晶具有合金的某些優(yōu)良物理性能,因此其硬度可能比金屬Al、Cu、Fe都大。Al65Cu23Fe12與海水構(gòu)成原電池,會(huì)加速金屬的腐蝕,因此不可用作長(zhǎng)期浸泡在海水中的材料。1molAl65Cu23Fe12溶于過量的硝酸時(shí)共失去277mol電子(因?yàn)橄跛徇^量,每個(gè)鐵原子失去3個(gè)電子)。12.我國科學(xué)家成功合成了3nm長(zhǎng)的管狀定向碳納米管,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QUOTE)、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)合材料為高分子化合物【解析】選D。納米材料有其獨(dú)特的功能,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,它也可以是制造飛機(jī)的理想材料;碳纖維復(fù)合材料的主要組成元素是碳,性質(zhì)穩(wěn)定,抗腐蝕能力強(qiáng)。二、非選擇題(本題包括1小題,共14分)13.(2020·濟(jì)南高二檢測(cè))納米技術(shù)制成的金屬燃料、非金屬固體燃料、氫氣等已應(yīng)用到社會(huì)生活和高科技領(lǐng)域。(1)A和B的單質(zhì)單位質(zhì)量的燃燒熱大,可用作燃料。已知A和B為短周期元素,其原子的第一至第四電離能如下表所示:電離能/(kJ·mol1)I1I2I3I4A93218211539021771B7381451773310540某同學(xué)根據(jù)上述信息,推斷B的軌道表示式如下圖所示:①該同學(xué)所畫的軌道表示式違背了________。

②根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論,預(yù)測(cè)A和氯元素形成的簡(jiǎn)單分子空間構(gòu)型為________。

(2)氫氣作為一種清潔能源,必須解決它的儲(chǔ)存問題,C60可用作儲(chǔ)氫材料。①科學(xué)家把C60和K摻雜在一起制造了一種富勒烯化合物,其晶胞如圖所示,該