高中化學(xué)魯科版（2019）選擇性必修2　液晶、納米材料與超分子課件（31張）

第3節(jié)液晶、納米材料與超分子課前自主學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)任務(wù)液晶、納米材料與超分子任務(wù)驅(qū)動(dòng):顯示屏里究竟是什么物質(zhì)在顯示字符?它為什么具有顯示功能?你能從液晶、納米材料與超分子的名稱中,想象出微粒在這些物質(zhì)中的聚集方式有什么特點(diǎn)嗎?1.液晶概念在一定的溫度范圍內(nèi)既具有液體的_______性,又具有晶體的_________的物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)液晶內(nèi)部分子的排列沿分子長軸方向呈現(xiàn)出___________,所以液晶在折射率、磁化率、電導(dǎo)率等宏觀性質(zhì)方面表現(xiàn)出類似晶體的_________可流動(dòng)各向異性有序的排列各向異性【想一想】液晶是液態(tài)的晶體嗎?提示:液晶不是液態(tài)的晶體。液晶是一種液態(tài)物質(zhì)而不是固體,只是具有晶體的某些性質(zhì)(如各向異性)而已。液晶的性質(zhì)受溫度、壓力、外加電場等外界因素的影響。2.納米材料定義三維空間尺寸至少有_____處于納米尺度的、具有特定功能的材料組成直徑為_____________的顆粒和顆粒界面特點(diǎn)納米顆粒內(nèi)部具有_________,界面則是_________性質(zhì)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),既不同于微觀粒子,又不同于宏觀物體一維幾或幾十納米晶狀結(jié)構(gòu)無序結(jié)構(gòu)【想一想】(1)納米科學(xué)與技術(shù)是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1～100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)與應(yīng)用。它與哪種分散系的粒子大小一樣?提示:納米與膠體的粒子大小一致。(2)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。(3)納米材料有什么特性?提示:粒子細(xì)化、界面原子比例較高,使納米材料在光、聲、電、磁、熱、力、化學(xué)反應(yīng)等方面具有特性。3.超分子定義通常是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上分子相互“組合”在一起,形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體。形成超分子內(nèi)部分子間通過非共價(jià)鍵結(jié)合,包括氫鍵、靜電作用、疏水作用以及一些分子與金屬離子形成的弱配位鍵等?！具B一連】將下列物質(zhì)和用途對(duì)應(yīng)連接。A金剛石(1)用作導(dǎo)線B金屬銅(2)顯示器C液晶(3)吸光材料D非晶體硅(4)鉆磨材料答案:A-(4)

B-(1)

C-(2)

D-(3)課堂合作探究探究任務(wù)物質(zhì)的三種其他聚集狀態(tài)比較【科技情境】液晶顯示材料具有明顯的優(yōu)點(diǎn):驅(qū)動(dòng)電壓低、功耗微小、顯示信息量大、彩色顯示、便于攜帶等。由于這些優(yōu)點(diǎn),用液晶材料制成的計(jì)算機(jī)終端和電視可以大幅度減小體積等。

【問題探究】1.為什么液晶具有顯示功能?提示:液晶的顯示功能與液晶材料內(nèi)部分子的排列有關(guān),在施加電壓時(shí),液晶分子能夠沿電場方向有序排列,而在移去電場之后,液晶分子又恢復(fù)到原來的狀態(tài)。2.為什么納米材料在聲、光、電、磁、化學(xué)反應(yīng)等方面表現(xiàn)出特異性能?提示:因?yàn)榻M成納米材料的晶狀顆粒內(nèi)部的有序原子和晶粒界面的無序原子各約占原子總數(shù)的50%,使納米材料的粒子細(xì)化和界面原子比例較高,從而使納米材料有獨(dú)特的性質(zhì)。3.超分子有哪些應(yīng)用及前景?提示:可以模擬生物系統(tǒng),在分子水平上進(jìn)行分子設(shè)計(jì),有序組裝甚至復(fù)制出新型的分子材料,如具有分子識(shí)別能力的高效專業(yè)的新型催化劑,有效的新型藥物,集成度高、體積小、功能強(qiáng)的分子器件,生物傳感器以及很多具有光、電、磁、聲、熱等特性的功能材料等。超分子化學(xué)的發(fā)展不僅與大環(huán)化學(xué)(冠醚、穴醚、環(huán)糊精、杯芳烴、碳60等)的發(fā)展密切相連,而且與分子自組裝(雙分子膜、膠束、DNA雙螺旋等)、分子器件和新興有機(jī)材料的研究息息相關(guān)?！咎骄靠偨Y(jié)】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(dòng)性,又具有晶體各向異性的聚集狀態(tài)三維空間尺寸至少有一維處于納米尺度的、具有特定功能的材料由兩個(gè)或兩個(gè)以上分子相互“組合”在一起,形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體特征折射率、磁化率、電導(dǎo)率均表現(xiàn)出各向異性,液晶顯示的驅(qū)動(dòng)電壓低、功率小粒子細(xì)化、界面原子比例高,使納米材料在光、聲、電、磁、熱、力、化學(xué)反應(yīng)等方面具有特性分子組裝體,分子層次之上的分子,保持一定的完整性使其具有明確的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀特性液晶納米材料超分子重要應(yīng)用液晶顯示器、電子表、計(jì)算器、數(shù)字儀表化妝品、涂料、食品、化纖布料、隱形飛機(jī)有分子識(shí)別能力的高效專業(yè)的新型催化劑,新型藥物、分子器件,生物傳感器等【探究訓(xùn)練】1.(2020·南京高二檢測)水的狀態(tài)除了氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)外,還有玻璃態(tài),它是由液態(tài)水急速冷卻到165K時(shí)形成的,玻璃態(tài)的水無固定形狀,不存在晶體結(jié)構(gòu),且密度與普通液態(tài)水的密度相同,有關(guān)玻璃態(tài)水的敘述正確的是(

)A.水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài),體積縮小B.水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài),體積膨脹C.玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài)D.玻璃態(tài)水是分子晶體【解析】選C。玻璃態(tài)水的密度與普通液態(tài)水的密度相同,水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài),質(zhì)量不變,所以體積不變,故A、B錯(cuò)誤;由“水的狀態(tài)除了氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)外,還有玻璃態(tài)”可知,玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài),故C正確;玻璃態(tài)的水無固定形狀,不存在晶體結(jié)構(gòu),不是分子晶體,故D錯(cuò)誤。2.(2020·防城港高二檢測)下列關(guān)于納米材料的敘述中,正確的是(

)A.包括納米顆粒和顆粒間的界面兩部分B.將物體粉碎成幾納米的小顆粒即得到納米材料C.納米材料是指一種稱為“納米”的新物質(zhì)制成的材料D.同一種金屬元素構(gòu)成的納米材料與宏觀金屬晶體具有完全等同的性質(zhì)【解析】選A。納米材料是指三維空間尺寸至少有一維處于納米尺度的、具有特定功能的材料,B、C項(xiàng)錯(cuò)誤;由于納米材料的粒子細(xì)化和界面原子所占比例較高,使得同一種金屬元素構(gòu)成的納米材料與宏觀金屬晶體在性質(zhì)上具有很大的差別。1.(雙選)從1972年第一只使用液晶顯示器的手表誕生,到1989年第一臺(tái)液晶顯示器的筆記本計(jì)算機(jī)發(fā)明,短短的10多年間,液晶技術(shù)不斷完善發(fā)展。關(guān)于液晶,下列說法中正確的有(

)A.液晶是一種晶體B.液晶分子的空間排列是穩(wěn)定的,具有各向異性C.液晶的化學(xué)性質(zhì)與溫度變化有關(guān)D.液晶的光學(xué)性質(zhì)隨外加電壓的變化而變化課堂素養(yǎng)達(dá)標(biāo)【解析】選C、D。液晶的微觀結(jié)構(gòu)介于晶體和液體之間,雖然液晶分子在特定方向的排列比較整齊,且具有各向異性,但分子的排列是不穩(wěn)定的,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;外界條件的微小變化都會(huì)引起液晶分子排列的變化,從而改變液晶的某些性質(zhì)。溫度、壓力、外加電壓等因素變化時(shí),都會(huì)改變液晶的光學(xué)性質(zhì),選項(xiàng)C、D正確。2.碳納米管可以看作是石墨烯片層卷曲而成。這種碳纖維具有強(qiáng)度高、剛度(抵抗變形的能力)高、密度小、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【解析】選D。納米材料有其獨(dú)特的功能,我們都知道:一般飛機(jī)是用鋁合金及鋼制造的,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)合材料其主要組成元素是碳,但由于合成的是納米級(jí)材料,也可類似于石墨結(jié)構(gòu),存在著自由電子。3.(2020·日照高二檢測)下列關(guān)于納米技術(shù)的敘述不正確的是(

)A.將“納米材料”均勻分散到液體分散劑中可制得液溶膠B.用納米級(jí)金屬顆粒粉劑作催化劑可加快反應(yīng)速率,提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率C.用納米顆粒粉劑做成火箭的固體燃料將有更大的推動(dòng)力D.銀器能抑菌、殺菌,納米銀微粒植入內(nèi)衣織物中,有奇異的抑菌、殺菌效果【解析】選B。納米材料的直徑在1～100nm范圍內(nèi),與膠體微粒直徑范圍相同,A正確;催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)的速率,但不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng),B不正確;與塊狀固體相比,納米顆粒直徑小,表面積大,因而化學(xué)反應(yīng)的速率快,所以短時(shí)間內(nèi)可產(chǎn)生更大推動(dòng)力,C正確;銀為重金屬,重金屬離子,可使蛋白質(zhì)變性,故有殺菌作用,D正確。4.納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺寸(1～100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料,其研究成果廣泛應(yīng)用于催化及軍事科學(xué)中。將納米材料分散到液體分散劑中,所得混合物可能具有的性質(zhì)是(

)A.能全部透過半透膜B.有丁達(dá)爾現(xiàn)象C.所得液體不可以全部透過濾紙D.所得物質(zhì)一定是溶液【解析】選B。納米材料是指三維空間中至少有一維處于納米尺度的、具有特定功能的材料,其微粒直徑范圍和膠體微粒的直徑大小一致,故其分散系應(yīng)為膠體,應(yīng)具備膠體的性質(zhì)。5.(2020·菏澤高二檢測)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表所示:I1I2I3I4A93218211539021771B7381451773310540某同學(xué)根據(jù)上述信息,推斷B的軌道表示式如圖所示: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A和氯元素形成的簡單分子空間構(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已知金剛石中的C—C的鍵長為154.45pm,C60中C—C鍵長為140～145pm,有同學(xué)據(jù)此認(rèn)為C60的熔點(diǎn)高于金剛石,你認(rèn)為是否正確并闡述理由_______________。

②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,該物質(zhì)在低溫時(shí)是一種超導(dǎo)體。該物質(zhì)的K原子和C60分子的個(gè)數(shù)比為__________。③繼C60后,科學(xué)家又合成了Si60、N60,C、Si、N原子電負(fù)性由大到小的順序是__________。Si60分子中每個(gè)硅原子只跟相鄰的3個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵,且每個(gè)硅原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),則Si60分子中π鍵的數(shù)目為_________。S【解析】(1)根據(jù)兩原子的第一至第四電離能的變化可以判斷出A為鈹,B為鎂,鎂原子的核外電子排布式為1s22s22p63s2,可見題給軌道表示式的電子排布違反了能量最低原理;氯化鈹分子中鈹原子只形成2個(gè)共價(jià)鍵,根據(jù)價(jià)電子對(duì)互斥理論,其分子的空間構(gòu)型應(yīng)該是直線形。(2)C60的熔點(diǎn)應(yīng)該低于金剛石,因?yàn)镃60屬于分子晶體,分子間只存在范德華力,而金剛石是共價(jià)晶體,原子間以牢固的共價(jià)鍵結(jié)合。根據(jù)所給晶胞,可以計(jì)算出屬于該晶胞的K原子數(shù)和C60分子數(shù)分別為6、2,因此該物質(zhì)的K原子和C60分子的個(gè)數(shù)比為3∶1。根據(jù)C、Si、N原子在周期表中的位置關(guān)系和周期表中電負(fù)性的遞變規(guī)律,可得C、Si、N原子電負(fù)性由大到小的順序是N>C>Si。由于Si60分子中每個(gè)硅原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),并且每個(gè)硅原子只跟相鄰的3個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵,每個(gè)硅原子跟相鄰的3個(gè)硅原子必需形成3個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵(即2個(gè)共價(jià)單鍵、1個(gè)共價(jià)雙鍵,共4個(gè)鍵),每兩個(gè)硅原子之間形成1個(gè)π鍵,因此Si60分子中共有30個(gè)π鍵。答案:(1)①能量最低原理②直線形(2)①不正確,C60的熔點(diǎn)應(yīng)該低于金剛石。因?yàn)镃60屬于分子晶體,而金剛石是共價(jià)晶體②3∶1③N>C>Si

30【補(bǔ)償訓(xùn)練】北京大學(xué)和中國科學(xué)院的化學(xué)工作者成功研制出堿金屬與C60形成的球碳鹽K3C60(如圖所示)。實(shí)驗(yàn)測知該物質(zhì)屬于離子晶體,具有良好的超導(dǎo)性。回答下列回答:(1)K3C60晶體中含有的化學(xué)鍵類型有____________。

(2)熔點(diǎn)比較