2020-2021學(xué)年第3節(jié) 液晶、納米材料與超分子課文內(nèi)容ppt課件

這是一份2020-2021學(xué)年第3節(jié) 液晶、納米材料與超分子課文內(nèi)容ppt課件，共39頁。PPT課件主要包含了必備知識(shí)·素養(yǎng)奠基，可流動(dòng)，各向異，折射率，磁化率，界面的原子，微米量級(jí)，毫米量級(jí)，富勒烯，碳納米管等內(nèi)容，歡迎下載使用。
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。
【巧判斷】(1)液晶是晶體。(　　)提示:×。液晶是不同于晶體的一類物質(zhì)的聚集狀態(tài),它既具有液體的可流動(dòng)性,又具有晶體的各向異性。(2)液晶是液態(tài)的晶體。(　　)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。
二、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(dú)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(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、化學(xué)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。
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(qiáng)度高、韌性高③性能:具有特殊的電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、_____等性能。
【情境·思考】21世紀(jì)的新領(lǐng)域納米技術(shù)正日益受到各國科學(xué)家的關(guān)注,2000年時(shí)任美國總統(tǒng)的克林頓宣布了國家納米倡議,并于2001年財(cái)政年度增加科技支出26億美元,其中5億給納米技術(shù)。
(1)納米是什么單位,1納米等于多少米?(2)納米科學(xué)與技術(shù)是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1至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:納米是長度單位,1 nm=10-9 m,它與膠體的粒子大小一致。
三、超分子1.概念:兩個(gè)或多個(gè)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。2.結(jié)構(gòu):內(nèi)部分子之間通過非共價(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。3.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(duì)應(yīng)的陰離子都帶入有機(jī)溶劑,成為有機(jī)反應(yīng)的催化劑。4.應(yīng)用:進(jìn)行分子識(shí)別、分子組裝,促進(jìn)超分子化學(xué)研究的發(fā)展。
【微思考】超分子化學(xué)的研究有什么重要作用?提示:在分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì),有序組裝甚至復(fù)制出一些新型的分子材料。
知識(shí)點(diǎn)　液晶、納米材料以及超分子的比較【重點(diǎn)釋疑】
【關(guān)鍵提醒】(1)液晶既具有液體的可流動(dòng)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(xué)性質(zhì)。納米材料在光、聲、電、磁、熱、力、化學(xué)反應(yīng)等方面完全不同于由微米量級(jí)或毫米量級(jí)的結(jié)構(gòu)顆粒構(gòu)成的材料。
【思考·討論】(1)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。(2)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(gè)或多個(gè)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。
【案例示范】【典例】(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165 K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
【解題指南】解答本題注意以下兩點(diǎn):(1)注意題目中的隱含條件;(2)晶體的判斷方法?！窘馕觥窟xC。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。
【規(guī)律方法】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(jìn)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(duì)稱性、各向異性和自范性。
【遷移·應(yīng)用】1.(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;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,如金的常規(guī)熔點(diǎn)為1 064 ℃,但2 nm尺寸金的熔點(diǎn)僅為327 ℃左右,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.電子表、電子計(jì)算器、電腦顯示器都運(yùn)用了液晶材料顯示圖像和文字。有關(guān)其顯示原理的敘述中,正確的是(　　)A.施加電壓時(shí),液晶分子沿垂直于電場方向排列B.移去電壓后,液晶分子恢復(fù)到原來狀態(tài)C.施加電場時(shí),液晶分子恢復(fù)到原來狀態(tài)D.移去電場后,液晶分子沿電場方向排列【解析】選B。液晶的顯示原理為施加電壓時(shí),液晶分子沿電場方向排列;移去電場后,液晶分子恢復(fù)到原來狀態(tài)。
【素養(yǎng)提升】世界上最小的馬達(dá),只有千萬分之一個(gè)蚊子那么大,如圖,這種分子馬達(dá)將來可用于消除體內(nèi)垃圾。
(1)該圖是馬達(dá)分子的什么模型?提示:圖是馬達(dá)分子的球棍模型。(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(gè)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(gè)碳原子。
1.(2020·濱州高二檢測)下列關(guān)于物質(zhì)聚集狀態(tài)的敘述中,錯(cuò)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)合得較緊湊,相對(duì)運(yùn)動(dòng)較弱D.液態(tài)物質(zhì)的微粒間距離和作用力的強(qiáng)弱介于固、氣兩態(tài)之間,表現(xiàn)出明顯的流動(dòng)性【解析】選A。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、非晶體、等離子體。
2.(2020·連云港高二檢測) 下列說法不正確的是(　　)A.晶體具有固定的熔、沸點(diǎn),而非晶體沒有固定的熔、沸點(diǎn)B.晶體與非晶體具有相同的性質(zhì)C.部分電子表、電腦的顯示器是由液晶材料制成的D.等離子體是一種很好的導(dǎo)電體,在信息產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域有非常好的應(yīng)用前景【解析】選B。晶體與非晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同,故表現(xiàn)的性質(zhì)不同。
3.(2020·泉州高二檢測)我國科學(xué)家制得了SiO2超分子納米管,微觀結(jié)構(gòu)如圖所示。下列敘述正確的是(　　)A.SiO2與干冰的晶體結(jié)構(gòu)相似B.SiO2耐腐蝕,不與任何酸反應(yīng)C.工業(yè)上用SiO2制備粗硅D.光纖主要成分是SiO2,具有導(dǎo)電性
【解析】選C。SiO2是共價(jià)晶體而干冰是分子晶體,結(jié)構(gòu)不相似,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;SiO2耐腐蝕,但可與氫氟酸反應(yīng),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;工業(yè)上用SiO2與焦炭反應(yīng)生成一氧化碳和粗硅,選項(xiàng)C正確;光纖主要成分是SiO2,晶體硅具有導(dǎo)電性,而二氧化硅不導(dǎo)電,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
4.(2020·廈門高二檢測) 關(guān)于納米材料,下列說法正確的是(　　)①納米材料可大大提高材料的強(qiáng)度和硬度　②納米材料可提高材料的磁性?、奂{米材料能制作高貯存密度的量子磁盤　④納米機(jī)器人“醫(yī)生”能進(jìn)入人體殺死癌細(xì)胞?、菁{米是長度單位A.①②③④⑤　　　　　　　B.②③④C.②③④⑤D.①②③④
【解析】選A。納米材料的性能包括提高材料的強(qiáng)度、硬度、改變顏色、增強(qiáng)磁性等。納米技術(shù)能制造出納米“機(jī)器人”,進(jìn)入人體殺死癌細(xì)胞,制作的量子磁盤,能作高密度的磁記錄。納米是長度單位。
5.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(dú)特的結(jié)構(gòu)有利于鋰離子在面內(nèi)和面外的擴(kuò)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
【解析】選C。物質(zhì)①石墨炔、③富勒烯是碳的同素異形體不屬烴,故A錯(cuò);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(cuò);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(duì);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(cuò)。
6.碳納米管,又稱為巴基管,主要是由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離,約為0.34 nm,直徑一般為2～20 nm。碳納米管不總是筆直的,而是局部區(qū)域出現(xiàn)凹凸現(xiàn)象,這是由于在六邊形編織過程中出現(xiàn)了五邊形和七邊形。除六邊形外,五邊形和七邊形在碳納米管中也扮演著重要角色。當(dāng)六邊形逐漸延伸出現(xiàn)五邊形時(shí),由于張力的關(guān)系而導(dǎo)致碳納米管凸出。如果五邊形正好出現(xiàn)在碳納米管的頂端,即形成碳納米管的封口。當(dāng)出現(xiàn)七邊形時(shí),納米管則凹進(jìn)。
根據(jù)以上材料回答下列問題:(1)巴基管有望作為一種“納米”導(dǎo)線,這是基于它的結(jié)構(gòu)與________的結(jié)構(gòu)有相似的地方。?(2)科學(xué)研究表明,巴基管具有很強(qiáng)的吸氫能力,這是因?yàn)槠渚哂衉_________________。?(3)如果某巴基管是均勻的圓管,則其應(yīng)該是由________邊形構(gòu)成。?
【解析】(1)根據(jù)信息可以看出,巴基管的結(jié)構(gòu)與石墨相似,故性質(zhì)上也應(yīng)具有導(dǎo)電性。(2)具有吸附性的物質(zhì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般是多孔性,比表面積很大,根據(jù)巴基管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不難得出其具有很大的比表面積。(3)因?yàn)槲暹呅慰梢允固技{米管凸出、七邊形會(huì)導(dǎo)致凹進(jìn),故均勻的巴基管應(yīng)由六邊形構(gòu)成。答案:(1)石墨　(2)很大的比表面積　(3)六
7.(2018·河南高二檢測)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。(1)過渡元素Cr原子的基態(tài)電子排布式為________,Cr 的核外電子由激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的光譜是________(填“吸收”或“發(fā)射”)光譜。?
(2)①將氨氣通入CuSO4溶液中,產(chǎn)生藍(lán)色沉淀,繼續(xù)通過量氨氣,沉淀溶解,得到藍(lán)色透明溶液。該過程中微粒的變化是[Cu(H2O)4]2+→Cu(OH)2→[Cu(NH3)4]2+。[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+中共同含有的化學(xué)鍵類型有________。?②已知:Al 在溶液中可穩(wěn)定存在,CaF2難溶于水,但可溶于含Al3+的溶液中,原因是__________________________________________(用離子方程式表示)。?
(3)近年研究人員通過量子化學(xué)計(jì)算預(yù)測并合成了化合物Na2He,經(jīng)X射線衍射分析其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。
①晶胞中Na堆積形成________(填形狀)空間結(jié)構(gòu),He占據(jù)一半空隙,另一半由e-占據(jù)。已知Na2He晶體不能導(dǎo)電,理由是__。?②已知晶胞邊長為a nm,晶胞中Na的半徑為b nm,則He的半徑為________nm(列出計(jì)算式即可)。?
【解析】(1)過渡元素Cr原子的基態(tài)電子排布式為[Ar]3d54s1(或1s22s22p63s23p63d54s1),Cr的核外電子由激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的光譜是發(fā)射光譜;(2)① 水分子或氨氣分子中都存在極性鍵,Cu原子和水分子或氨氣分子之間存在配位鍵,所以[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+中都含有配位鍵,極性鍵;②CaF2難溶于水,但可溶于含Al3+的溶液中,因?yàn)樵谌芤褐蠪-與Al3+能形成很難電離的配離子 ,使CaF2的溶解平衡正移,其反應(yīng)的離子方程式為3CaF2+Al3+====3Ca2++ 。