鲁科版高中化学选择性必修2第3章第3节液晶、纳米材料与超分子基础课课件

第3节液晶、纳米材料与超分子(基础课)第3章不同聚集状态的物质与性质素养目标1．知道物质除有三种基本的聚集状态外，还有液晶、纳米材料和超分子等其他聚集状态。2．知道液晶、纳米材料、超分子的概念及结构与性质的关系。3．通过对液晶、纳米材料、超分子的学习，知道物质的聚集状态会影响物质的性质，通过改变物质的聚集状态可能获得特殊的材料。旧知回顾1．晶体的特性：(1)自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。(2)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。2．碳纳米管：碳纳米管的直径一般在几纳米(符号为nm，1nm＝10-9m)到几十纳米之间，碳纳米管具有尺寸小、机械强度高、导电性好等特点，在材料、催化、信息等诸多领域中具有重要的应用前景。必备知识自主预习一、液晶定义在一定的温度范围内既具有液体的______性，在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面又表示出类似晶体的________的物质结构特点液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出__________，由此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质可流动各向异性有序的排列用途液晶最重要的用途是制造__________，这种显示器在电子手表、计算器、数字仪表、计算机显示器、电视显示屏等器材中得到广泛应用液晶显示器想一想液晶属于晶体吗？说明你的理由。提示：不是。液晶是一种液态物质而不是固体，只是具有晶体的某些性质。二、纳米材料结构纳米材料由直径为几或几十____的颗粒和颗粒间的界面两部分组成性质纳米颗粒内部具有____结构，原子排列有序，而界面为____结构，因此纳米材料具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质纳米晶状无序应用由于纳米材料的颗粒很小和处于__________所占比例较高，使得纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面完全不同于由微米量级或毫米量级的结构颗粒构成的材料界面的原子实例(1)家族：______(C60等球碳)、石墨烯(单层石墨片)和________(2)碳纳米管①结构：____结构，由石墨片围绕______按照一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空“微管”②特性：纤维长、强度高、韧性高③性能：具有特殊的电学、热学、光学、____等性能(3)纳米机器用途：各种各样____尺度的微型机器，可用于消灭传染性微生物、逐个杀死癌细胞、清除血液中的血小板、修复受损细胞、吞噬有害物质、制造____大小的超级计算机等富勒烯碳纳米管管状中心轴储氢纳米原子三、超分子1．概念____或____分子相互“组合”在一起形成具有特定结构和功能的______，能表现出不同于单个分子的性质，可以把这种聚集体看成分子层次之上的分子。2．结构内部分子之间通过________结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的________等。两个多个聚集体非共价键弱配位键3．冠醚及其作用能与阳离子(尤其是碱金属阳离子)作用，随环的大小不同而与不同的金属离子作用，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，成为有机反应中很好的催化剂。4．分子梭的变化在链状分子A上同时含有两个不同的识别位点。在碱性情况下，环状分子B与带有正电荷的位点1的相互作用较强；在酸性情况下，由于位点2的亚氨基结合H＋而带正电荷，与环状分子B的作用增强。因此，通过加入酸和碱，可以实现分子梭在两个不同状态之间的切换。5．应用实现分子识别、分子组装，促进超分子化学研究的发展。判一判

(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)超分子的性质与组成超分子的单个分子的性质相同。 (

)(2)纳米材料属于晶体。 (

)(3)富勒烯、石墨棒、碳纳米管均属于纳米材料。 (

)(4)物质只有气、液、固三种聚集状态。 (

)××××关键能力情境探究[情境探究]液晶和碳纳米管是常用的功能材料液晶、纳米材料、超分子的比较1．你知道显示屏上的图像是用什么方法显示出来的吗？提示：液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列有关，施加电压时，液晶分子能够沿电场方向有序排列，而移去电场后，液晶分子又恢复到原来的状态。2．纳米材料为什么在光、电、磁、化学反应等方面表现出特殊功能？提示：纳米材料的颗粒很小和处于界面的原子所占比例较高。[归纳总结]

液晶纳米材料超分子概念在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又表现出类似晶体的各向异性的物质三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺寸(1～100nm)或由它们作为基本单元构成的材料若两个或多个分子相互“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体，能表现出不同于单个分子的性质，可以把这种聚集体看成分子层次之上的分子

液晶纳米材料超分子特征折射率、磁化率、电导率等均表现出各向异性，液晶显示的驱动电压低、功率小粒子细化、界面原子比例较高，使纳米材料在光学、声学、电学、磁学、热学、力学、化学反应等方面具有特性超分子内部分子之间通过非共价键相结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等

液晶纳米材料超分子重要应用制造液晶显示器，应用于电子手表、计算器、数字仪表等器材用于化妆品、涂料、食品、化纤布料、隐形飞机等在分子水平上进行分子设计，有序组装甚至复制出一些新型的分子材料，如功能材料等[能力达成]1．下列说法不正确的是(

)A．液晶具有类似晶体的各向异性和液体的可流动性B．蛋白质的变性和纳米银离子的聚集都是化学变化C．常压下，0℃时冰的密度比水的密度小，水在4℃时密度最大，这些都与分子间的氢键有关D．冠醚和金属离子的聚集体可以看成是一类超分子B

[蛋白质的变性属于化学变化，纳米银离子的聚集属于物理变化，故B不正确。]√2．(双选)下列关于聚集状态的描述中，错误的是(

)A．物质只有气、液、固三种聚集状态B．晶体与非晶体的本质区别：是否有规则的几何外形C．液晶用于各种显示仪器上D．超分子是由两个或多个分子相互“组合”在一起，形成具有特定结构和功能的聚集体√√AB

[A.物质的聚集状态除了气、液、固三态外，还有非晶体、液晶、纳米材料等聚集状态，故A错误；B.晶体与非晶体的本质区别在于其内部粒子在空间上是否按一定规律做周期性重复排列，而不是在于是否具有规则的几何外形，故B错误；C.液晶可用于制造显示仪器，故C正确；D.超分子能表现出不同于单个分子的性质，其原因是两个或多个分子相互“组合”在一起，形成具有特定结构和功能的聚集体，故D正确。]3．某超分子的结构如图所示，下列有关超分子的描述不正确的是(

)A．图示中的超分子是两个不同的分子通过氢键形成的分子聚集体B．超分子的特征是分子识别和分子组装C．超分子是指分子量特别大的分子D．图示中的超分子中的N原子采取sp2、sp3杂化√C

[图示中的超分子是两个不同的分子通过氢键形成的分子聚集体，A正确；超分子的特征是分子识别和分子组装，B正确；超分子不同于高分子，C错误；图示中的超分子中的N原子采取sp2、sp3杂化，故D正确。][教材链接][教材拓展视野]21世纪的新领域纳米技术正日益受到各国科学家的关注，请回答下列问题：(1)纳米是________单位，1nm等于________m。纳米科学与技术是研究结构尺寸在1～100nm范围内材料的性质与应用。它与________分散质的粒子大小一样。长度10-9胶体(2)世界上最小的马达，只有千万分之一个蚊子那么大，如图所示，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该分子中含有的构成环的原子是________元素的原子。球棍模型碳[解析]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，进一步确定构成环的原子是碳原子。学习效果随堂评估1．(双选)在10-9m～10-7m范围内的纳米铜颗粒一遇到空气就会剧烈燃烧，甚至发生爆炸。下列说法不正确的是(

)A．纳米铜是一种新型化合物B．纳米铜颗粒比普通铜具有更强的化学活性C．纳米铜粒子大小范围为1nm～100nmD．利用丁达尔效应可区别纳米铜和普通铜243题号1√√AD

[纳米铜与普通铜所含铜原子种类相同，属于单质，A错误；纳米铜颗粒在空气中能剧烈燃烧，说明它比普通铜更容易被氧气氧化，有更强的化学活性，B正确；1nm＝10-9m，10-9m～10-7m范围即是1nm～100nm，C正确；纳米铜不是分散系，没有丁达尔效应，D错误。]243题号12．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纳米材料可降低材料的磁性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．①③④⑤

B．②③④C．②③④⑤ D．①②③④23题号14√A

[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。]23题号143．冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子。18-冠-6可与钾离子作用，如图是18-冠-6与钾离子以配位键结合形成的超分子结构示意图。下列说法错误的是(

)A．超分子具有分子识别和自组装的特征B．该超分子中K＋的配位数为6C．利用超分子的分子识别特征，还可以分离C60、C70D．冠醚与碱金属离子形成的配合物属于“超分子”，其形成的晶体是分子晶体23题号41√D

[超分子是由两个或两个以上的分子“组合”在一起形成的具有特定结构和功能的聚集体，具有分子识别与自组装的特征，A正确；由题干图示信息可知，该超分子中K＋周围形成有6个配位键，故K＋的配位数为6，B正确；C60和C70混合物加入一种空腔大小适合C60的“杯酚”中可进行分离，这是利用超分子的分子识别特征，C正确；由题干信息可知冠醚是皇冠状的分子，则冠醚与碱金属离子形成配合物是一个配位