2020-2021鲁科化学性2课时3.3液晶、纳米材料与超分子含解析

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精2020-2021学年新教材鲁科化学选修性必修2课时分层作业：3.3液晶、纳米材料与超分子含解析课时分层作业（十四)液晶、纳米材料与超分子(建议用时：40分钟)［合格过关练]1．关于纳米材料，下列说法正确的是()①纳米材料可大大提高材料的强度和硬度②纳米材料可提高材料的磁性③纳米材料能制作高贮存密度的量子磁盘④纳米机器人“医生"能进入人体杀死癌细胞⑤纳米是长度单位A．①②③④⑤ B．②③④C．②③④⑤ D．①②③④A［纳米材料的性能包括提高材料的强度、硬度、改变颜色、增强磁性等。纳米技术能制造出纳米“机器人”，进入人体杀死癌细胞，制作的量子磁盘，能作高密度的磁记录。纳米是长度单位。］2．纳米材料是当今材料科学研究的前沿，其研究成果广泛应用于催化及军事科学中。将纳米材料分散到液体分散剂中，所得混合物可能具有的性质是(）A．能全部透过半透膜B．有丁达尔效应C．所得液体不可以全部透过滤纸D．所得物质一定是溶液B［纳米材料是指三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料，其微粒直径大小一致,故其分散系应为胶体，应具备胶体的性质。］3．下列说法不正确的是()A．液晶态介于晶体状态和液态之间，液晶具有一定程度的晶体的有序性和液体的流动性B．常压下，0℃时冰的密度比水的密度小,水中4℃时密度最大,这些都与分子间的氢键有关C．金属易导电、易导热、有延展性、易锈蚀均与金属中的自由电子有关D．石墨晶体中既有共价键，又有金属键，还有范德华力，是一种混合晶体C[A。液晶态是指介于晶体和液体之间的物质状态，像液体具有流动性，像固体具有晶体的有序性，故A正确;B.冰中存在氢键，具有方向性和饱和性，其体积变大，则相同质量时冰的密度比液态水的密度小，故B正确;C.金属易锈蚀与金属晶体结构无关、与化学性质有关，金属的化学性质比较活泼，容易被空气中的氧气所氧化,故C错误；D。石墨的结构中，C原子与C原子以共价键相连接,形成平面网状结构，层与层之间存在范德华力，而在空间中,相邻两层网状结构的间隙中有少量自由移动的电子，连接的化学键性质介于金属键和共价键之间,所以石墨具有金属的部分性质，所以石墨晶体中既有共价键，又有金属键,还有范德华力,是一种混合晶体，故D正确。］4．在10－9m～10－7A．纳米铜是一种新型胶体B．纳米铜颗粒比普通铜更易与氧气发生反应C．纳米铜与普通铜所含铜原子的种类不同D．纳米铜无须密封保存B[A.纳米铜根据其微粒半径属于胶体，但不是新型胶体,故A错误;B。普通铜加热才能与氧气反应，而纳米铜遇到空气就会剧烈燃烧,更易发生氧化反应,故B正确；C。纳米铜和普通铜都由铜元素组成，所以铜原子种类相同,故C错误；D.纳米铜很易与氧气反应，应密封保存，故D错误。]5．下列叙述正确的是(）A．液晶是由分子较大、分子形状呈长形或碟形的物质形成的晶体B．制造光导纤维的主要材料是高纯度硅，属于共价晶体C．H2O分子比H2S分子稳定是因为水分子之间存在氢键D．NaCl和MgO晶体熔融时克服的作用力相同D［A.液晶是一种介于晶体与液体之间的中间态物质，通常由分子较大、分子形状呈长形或碟形的物质形成液晶态，故A错误；B.制造光导纤维的主要材料是二氧化硅,属于共价晶体，故B错误；C.H2O分子比H2S分子稳定，是因H—O键键能比H—S键键能大，故C错误；D.NaCl和MgO晶体均为只含离子键的离子晶体，熔融时克服的作用力相同，均为离子键,故D正确.］6．石墨烯是从石墨中剥离出来的，其结构如图所示.单层的石墨烯其厚度只有一个碳原子厚，被证实是世界上已经发现的最薄、最坚硬的物质，可制成电阻率最小的纳米材料.下列关于石墨烯的说法正确的是(）A．石墨烯与金刚石互为同位素B．从石墨中剥离得石墨烯需克服范德华力C．石墨烯是高分子化合物D．制成的纳米材料微粒直径在1nm～100nm,因此石墨烯纳米材料属于胶体B[A.石墨烯与金刚石互为同素异形体，A错误;B.石墨属于混合型晶体，分子间存在分子间作用力，所以从石墨剥离得石墨烯需克服范德华力,B正确；C。由题意可知,单层石墨成为石墨烯，石墨烯属于单质，C错误:D.石墨烯是单质,胶体是混合物，D错误。]7．下列说法不正确的是(）A．晶体具有固定的熔、沸点,而非晶体没有固定的熔、沸点B．晶体与非晶体具有相同的性质C．部分电子表、电脑的显示器是由液晶材料制成的D．等离子体是一种很好的导电体，在信息产业等领域有非常好的应用前景B[晶体与非晶体内部结构不同,故表现的性质不同.]8．下列关于液晶的说法正确的是（）A．液晶是液体和晶体的混合物B．液晶是一种晶体C．液晶分子在特定条件下排列比较整齐,但不稳定D．所有物质在一定条件下都能成为液晶C[液晶是指在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性的一类特殊的物质,它既不同于晶体又不同于非晶体,在特定条件如外加电场作用下排列整齐，一旦取消电场又恢复原状,所以液晶不稳定.不是所有的物质都能成为液晶。］9．（素养题)科学家用有机分子和球形笼状分子C60，首次制成了“纳米车”（如图所示），每辆“纳米车”是用一个有机分子和四个球形笼状分子“组装”而成。下列说法正确的是()A．我们可以直接用肉眼清晰地看到这种“纳米车”的运动B．“纳米车"的诞生，说明人类操纵分子的技术进入一个新阶段C．“纳米车"是一种分子晶体D．C60熔点比金刚石熔点高B［据题意，“纳米车”是肉眼所不能见的，A项错误;“纳米车”只是几个分子的“组装”体,并非晶体，C项错误;C60属于分子晶体，熔点要比金刚石低得多,D项错误。］10．碳纳米管是由碳原子组成的六角形蜂巢状平面薄膜卷曲而成,具有许多异常的力学、电学和化学性能。下列关于碳纳米管的说法不正确的是()A．碳纳米管属于一种有机合成纤维B．碳纳米管与金刚石互为同素异形体C．常温下，碳纳米管具有较好的稳定性D．碳纳米管比表面积大,可用作新型储氢材料A[碳纳米管由碳单质组成，不属于有机合成纤维，A错误；碳纳米管与金刚石都由碳元素组成，但结构与性质不同，互为同素异形体，B正确；碳单质性质稳定，所以常温下，碳纳米管具有较好的稳定性，C正确；碳纳米管是由碳原子组成的六角形蜂巢状平面薄膜卷曲而成，所以比表面积大，可用作新型储氢材料，D正确。]11．21世纪的新领域纳米技术正日益受到各国科学家的关注，2000年时任美国总统的克林顿宣布了国家纳米倡议,并于2001年财政年度增加科技支出26亿美元，其中5亿给纳米技术。请根据如图回答下列问题：（1)纳米是________单位，1纳米等于________米。纳米科学与技术是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质与应用.它与________分散系的粒子大小一样。(2)世界上最小的马达，只有千万分之一个蚊子那么大，如上图，这种分子马达将来可用于消除体内垃圾。①该图是马达分子的________。②该分子中含有的组成环的原子是________元素的原子,分子中共有________个该原子.[解析］本题主要考查对纳米及晶体结构的理解。根据题给信息，分子马达可用于消除体内垃圾，应是含碳物质，再根据图中“●”原子的结构特点，进一步确定组成环的原子是碳原子。［答案]（1）长度10－9胶体（2)①球棍模型②碳3012．（1）(CH3）3NH＋和[AlCl4］－可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子构成，熔点低于100℃，其挥发性一般比有机溶剂________（填“大”或“小”)，可用作________(填代号).a．助燃剂 B．“绿色”溶剂c．复合材料 D．绝热材料(2）在纳米级的空间中，水的结冰温度是怎样的呢?为此，科学家对不同直径碳纳米管中水的结冰温度进行分析。下图是四种不同直径碳纳米管中的冰柱结构及结冰温度，冰柱的大小取决于碳纳米管的直径。水在碳纳米管中结冰的规律是_____________________________________________________。[答案](1）小b(2）纳米管直径越小,结冰温度越高13．超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支，还扩展到生命科学和物理学等领域。由Mo将2个C60分子、2个p—甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示.（1）Mo处于第5周期第ⅥB族，核外电子排布与Cr相似,它的基态价电子排布式是________；核外未成对电子数是________个。（2）该超分子中存在的化学键类型有________。A．σ键 B．π键C．离子键 D．氢键（3）该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是______(填元素符号)，p—甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有________.（4)从电负性角度解释CF3COOH的酸性强于CH3COOH的原因_____________________________________________________.（5)C60与金刚石互为同素异形体,从结构与性质之间的关系解释C60的熔点远低于金刚石的原因是________________________________________________________________________________________________________________。（6)已知：某晶胞中各原子的相对位置可用如图所示的原子坐标表示，其中所有顶点原子坐标均为(0,0，0).钼（Mo）的一种立方晶系的晶体结构中,每个晶胞有2个Mo原子，其中Mo原子坐标是(0,0,0)及（1/2,1/2，1/2）。已知该晶体的密度是ρg·cm－3，Mo的摩尔质量是Mg·mol－1,阿伏加德罗常数是NAmol－1,晶体中距离最近的Mo原子核外之间的距离为________pm.［解析］（1)Cr的基态价电子分布为3d54s1，而Mo与Cr同主族，但比Cr多了一周期，因而基态价电子分布为4d55s1,核外未成对的电子为6个。（2)观察该超分子结构有双键，说明有σ键和π键，分子中不存在离子键，根据信息Mo形成配位键，因而答案选AB。(3）CO做配体时是C做配位原子,氧把孤对电子给了碳,碳变成富电子中心,有提供电子对形成配位键的能力,p-甲酸丁酯吡啶中碳原子形成双键，说明其杂化方式为sp2,在丁基中C原子形成四个单键为sp3杂化。（4)F的电负性强于H，对电子的吸引能力强，使共用电子对偏向F，使氧氢键较易断裂，因此CF3COOH酸性强于CH3COOH。(5）根据不同晶体类型的性质不同来解释：C60是分子晶体，金刚石是共价晶体,共价晶体熔化时破坏的共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏的分子间作用力。(6)Mo的一种立方晶系的晶体结构中，以（0,0，0）Mo原子为中心,那么与之最近的Mo原子有8个，分别是(1/2，1/2,1/2),（－1/2，1/2，1/2)，(1/2，－1/2,1/2)等等，因而为体心立方堆积，先计算出立方的边长，因而每个晶胞中含有2个Mo原子,晶胞体积V＝eq\f(2M,ρNA)cm3，所以立方边长a＝eq\r（3，V)＝eq\r（3,\f(2M，ρNA))cm，最近的两个原子坐标为(0,0,0)和(1/2，1/2，1/2)，可知该立方边长为1，用距离公式算出两原子相距eq\f(\r（,3）,2），根据比例关系，原子最近真实距离等于eq\r（3，\f（2M,ρNA)）×eq\f（\r(，3),2）×1010pm。［答案]（1)4d55s16(2)AB(3）Csp2和sp3(4）F的电负性强于H，对电子的吸引能力强，使共用电子对偏向F，使氧氢键较易断裂，因此酸性强于CH3COOH(5)C60是分子晶体，金刚石是共价晶体，共价晶体熔化时破坏的共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏的分子间作用力(6）eq\r(3,\f(2M，ρNA))×eq\f（\r（,3)，2)×1010[素养培优练]14．水的状态除了气态、液态和固态外，还有玻璃态，它是由液态水急速冷却到165K时形成的，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是（）A．水由液态变为玻璃态，体积缩小B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀C．玻璃态是水的一种特殊状态D．玻璃态水是分子晶体C［玻璃态水的密度与普通液态水的密度相同，水由液态变为玻璃态，质量不变，所以体积不变,故A、B错误;由“水的状态除了气态、液态和固态外，还有玻璃态”可知，玻璃态是水的一种特殊状态，故C正确；玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，不是分子晶体，故D错误。］15．下列关于特殊聚集状态的应用的描述中，错误的是(）A．运用等离子束切割金属B．晶体合金的硬度和强度均比非晶体合金的硬度和强度高C．液晶用于各种显示仪器上D．化妆品中加入纳米颗粒可使其具备防紫外线的功能B[某些非晶体合金的硬度和强度比晶体合金的硬度和强度高.]16．我国科学家成功合成了3nm长的管状纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小（只有钢的eq\f(1，4））、熔点高、化学性质稳定性好的特点,因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法不正确的是()A．它是制造飞机的理想材料B．它的主要组成元素是碳C．它的抗腐蚀能力强D．碳纤维复合材料不导电D[纳米材料有其独特的功能，我们都知道：一般飞机是用铝合金及钢制造的,由于碳纤维的“强度高、刚度高、密度小"，它也可以作为制造飞机的理想材料；碳纤维复合材料其主要组成元素是碳，但由于合成的是纳米级材料，也可类似于石墨结构，存在着自由电子。]17．纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它具有许多特殊性质的原因.假设某纳米颗粒的大小和形状恰好与某晶体晶胞的大小和形状（如图）相同，则这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分数为（）A．50% B．88。9%C．96.3％ D．100％B［这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分数为eq\f(8，9）×100%＝88.9%。］18．科学的进步离不开技术的突破。原子光谱、核磁共振、X射线衍射、量子计算等技术的发展与应用都推进了结构的研究。如过渡元素原子结构、超分子结构、晶体结构研究等。(1）过渡元素Ni原子的基态电子排布式为________________,Ni的核外电子由基态跃迁至激发态时产生的光谱是________________(填“吸收”或“发射”）光谱.(2）胍鎓离子[C(NH2)eq\o\al(＋，3)］可以与甲基磺酸根（CH3SOeq\o\al(－，3）)形成超分子晶体，其局部结构如图所示.①组成该晶体的元素中第一电离能最大的是________，其中C的杂化类型有________。②元素C、N、S的简单氢化物在水中的溶解度从大到小的顺序为________,原因是______________________________________________________________________________________________________________________________。（3）近年研究人员通过量子化学计算预测并合成了化合物Na2He，经X射线衍射分析其晶胞结构如图所示。①晶胞中Na堆积形成________(填形状)空隙，He占据一半空隙，另一半由e－占据.已知Na2He晶体不能导电，理由是________________________。②已知晶胞边长为anm，晶胞中Na的半径为bnm,则He的半径为________________nm（列出计算式即可)。［解析](1）Ni的原子序数为28，根据能量最低原理可写出电子排布式为［Ar］3d84s2或1s22s22p63s23p63d84s2；原子吸收可见光和紫外光，可以