《液晶、納米材料與超分子》參考教案

學(xué)而優(yōu)，教有方7/7第3節(jié)液晶、納米材料與超分子發(fā)展目標體系構(gòu)建1.知道物質(zhì)除有三種基本的聚集狀態(tài)外，還有晶體、非晶體、液晶、納米材料和超分子等其他聚集狀態(tài)。2.知道液晶、納米材料、超分子的概念及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。3.通過對液晶、納米材料、超分子的認知，知道物質(zhì)的聚集狀態(tài)會影響物質(zhì)的性質(zhì)，通過改變物質(zhì)的聚集狀態(tài)可能獲得特殊的材料。一、液晶1．定義在一定的溫度范圍內(nèi)既具有液體的可流動性，在折射率、磁化率、電導(dǎo)率等宏觀性質(zhì)方面又表現(xiàn)出類似晶體的各向異性的物質(zhì)稱為液態(tài)晶體，簡稱液晶。2．原因液晶內(nèi)部分子的排列沿分子長軸方向呈現(xiàn)出有序的排列。為什么液晶具有顯示功能？二、納米材料1．結(jié)構(gòu)納米材料由直徑為幾或幾十納米的顆粒和顆粒間的界面兩部分組成。納米顆粒內(nèi)部具有晶狀結(jié)構(gòu)，原子排列有序，而界面則為無序結(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特性質(zhì)。2．構(gòu)成粒子(1)納米材料的結(jié)構(gòu)粒子是排列成了納米量級的原子團。(2)通常，組成納米材料的晶狀顆粒內(nèi)部的有序原子與晶粒界面的無序原子各約占原子總數(shù)的50%，從而形成與晶態(tài)、非晶態(tài)均不同的一種新的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。納米材料的粒子細化和界面原子比例較高。納米材料有什么特性？三、超分子1．定義若兩個或多個分子相互“組合”在一起形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體，能表現(xiàn)出不同于單個分子的性質(zhì)，可以把這種聚集體看成分子層次之上的分子，稱為超分子。2．形成超分子的作用力超分子內(nèi)部分子之間通過非共價鍵結(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．超分子的應(yīng)用(1)冠醚識別陽離子(2)分子梭的轉(zhuǎn)化在鏈狀分子A上同時含有兩個不同的識別位點。在堿性情況下，環(huán)狀分子B與帶有正電荷的位點1的相互作用較強；在酸性情況下，由于位點2的烷基銨結(jié)合H＋而帶正電荷，與環(huán)狀分子B的作用增強。因此，通過加入酸和堿，可以實現(xiàn)分子梭在兩個不同狀態(tài)之間的切換。(3)分子組裝在分子水平上進行分子設(shè)計，有序組裝甚至復(fù)制出一些新型分子材料。1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”。)(1)超分子的性質(zhì)與組成超分子的單個分子的性質(zhì)相同。 ()(2)液晶內(nèi)部分子沿分子長軸方向有序排列，使液晶具有各向異性。 ()(3)富勒烯、石墨棒、碳納米管均屬于納米材料。 ()2．納米材料是21世紀最有前途的新型材料之一，世界各國對這一新材料給予了極大的關(guān)注。納米粒子是指直徑為1～100nm的超細粒子(1nm＝10－9m)。由于表面效應(yīng)和體積效應(yīng)，其常有奇特的光、電、磁、熱等性質(zhì)，可開發(fā)為新型功能材料。下列有關(guān)納米粒子的敘述不正確的是()A．因納米粒子半徑太小，故不能將其制成膠體B．一定條件下納米粒子可催化水的分解C．一定條件下，納米TiO2陶瓷可發(fā)生任意彎曲，可塑性好D．納米粒子半徑小，表面活性高3．下列有關(guān)液晶的敘述不正確的是()A．液晶既具有液體的流動性，又具有晶體的各向異性B．液晶最重要的用途是制造液晶顯示器C．液晶不是物質(zhì)的一種聚集狀態(tài)D．液晶分子聚集在一起時，其分子間相互作用很容易受溫度、壓力和電場的影響物質(zhì)的不同聚集狀態(tài)液晶和碳納米管是常用的功能材料液晶電視碳納米管1．你知道顯示屏上的圖像是用什么方法顯示出來的嗎？2．納米材料為什么在光、電、磁、化學(xué)反應(yīng)等方面表現(xiàn)出特異功能？物質(zhì)的聚集狀態(tài)有：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)及一些特殊的聚集狀態(tài)。物質(zhì)的聚集狀態(tài)隨構(gòu)成物質(zhì)的微粒種類、微粒間相互作用、微粒的聚集程度的不同而有所不同。不同聚集狀態(tài)的物質(zhì)具有不同的特性，根據(jù)這些特性可以制造出特殊的材料。具有特殊聚集狀態(tài)的物質(zhì)歸納如下表：組成與結(jié)構(gòu)特征主要性能液晶在一定的溫度范圍內(nèi)既具有液體的可流動性又具有晶體的各向異性的一類物質(zhì)，內(nèi)部分子的排列沿分子長軸方向呈現(xiàn)出有序的狀態(tài)在折射率、磁化率、電導(dǎo)率等宏觀性質(zhì)方面表現(xiàn)出類似晶體的各向異性，分子間的相互作用很容易受溫度、壓力和電場的影響納米材料由直徑為幾或幾十納米的顆粒和顆粒間的界面兩部分組成，納米顆粒內(nèi)部具有晶狀結(jié)構(gòu)而界面則為無序結(jié)構(gòu)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或毫米量級的結(jié)構(gòu)顆粒構(gòu)成的材料超分子兩個或多個分子通過非共價鍵相結(jié)合，包括氫鍵、靜電作用、疏水作用、配位鍵等結(jié)合成的具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體具有分子識別功能、自組裝功能等【例】下列關(guān)于物質(zhì)特殊聚集狀態(tài)的敘述中，錯誤的是()A．等離子體的基本構(gòu)成微粒是帶電的離子和電子及不帶電的分子或原子B．非晶體基本構(gòu)成微粒的排列是長程無序和短程有序C．液晶內(nèi)部分子沿分子長軸方向有序排列，使液晶具有各向異性D．納米材料包括納米顆粒與顆粒間的界面兩部分，兩部分的排列都是長程有序1．電子表、電子計算器、電腦顯示器都運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，液晶分子沿垂直于電場方向排列B．移去電場后，液晶分子恢復(fù)到原來的狀態(tài)C．施加電壓時，液晶分子恢復(fù)到原來的狀態(tài)D．移去電場后，液晶分子沿電場方向排列2．下列關(guān)于納米材料基本構(gòu)成微粒的敘述中，錯誤的是()A．三維空間尺寸必須都處于納米級B．既不是微觀粒子，也不是宏觀物質(zhì)C．是原子排列成的納米數(shù)量級原子團D．是長程無序的一種結(jié)構(gòu)狀態(tài)1．關(guān)于液晶的下列說法中正確的是()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)與溫度變化無關(guān)D．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨外加電壓的變化而變化2．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)3．(素養(yǎng)題)液晶廣泛用于電子儀表產(chǎn)品等，MBBA是一種研究較多的液晶材料，其化學(xué)式為C18H21NO，下列有關(guān)說法中正確的是()A．MBBA屬于有機高分子化合物B．MBBA由碳、氫、氧、氮四種元素組成C．MBBA中碳、氫、氧、氮的原子個數(shù)比為18∶21∶2∶1D．MBBA中含有一氧化氮分子4．下列不能看作超分子的是()A．兩個DNA分子鏈通過氫鍵結(jié)合在一起B(yǎng)．細胞膜中的磷脂分子的雙層膜結(jié)構(gòu)C．冠醚與金屬離子的聚集體D．所有以氫鍵結(jié)合在一起的分子5．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

參考答案提示：液晶的顯示功能與液晶材料內(nèi)部分子的排列密切有關(guān)，在施加電壓時，液晶分子能夠沿電場方向排列，而在移去電場后，液晶分子又恢復(fù)到原來的狀態(tài)，所以液晶具有顯示功能。提示：粒子細化、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。1．×√×2．A[根據(jù)納米粒子微粒大小，判斷出其分散質(zhì)微粒大小剛好處在膠體分散質(zhì)大小的范圍內(nèi)，所以納米材料可以形成膠體。]3．C[從液晶的結(jié)構(gòu)特征看，液晶具有晶體的某些性質(zhì)，如各向異性。在電場作用下，液晶分子能夠沿電場方向有序排列，這也是制造液晶顯示器的依據(jù)。液晶是介于液態(tài)和固態(tài)之間的一種聚集狀態(tài)故只有C選項錯誤。]1．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)，施加電壓時，液晶分子能夠沿電場方向有序排列，而移去電場后，液晶分子又恢復(fù)到原來的狀態(tài)。2．提示：組成納米材料的晶狀顆粒的內(nèi)部有序原子與晶粒界面的無序原子各約占原子總數(shù)50%，界面原子比例高，加之粒子的細化，使其表現(xiàn)出特異功能。【例】D[納米材料由直徑為幾或幾十納米的顆粒和顆粒間的界面兩部分組成。納米顆粒內(nèi)部是長程有序的晶體結(jié)構(gòu)，界面則是無序結(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特性質(zhì)。]1．B[液晶的顯示原理為施加電壓時，液晶分子沿電場方向排列；移去電場后，液晶分子恢復(fù)到原來的狀態(tài)，B正確。]2．A[納米材料的基本構(gòu)成微粒的尺寸至少有一維處于納米級即可，A錯誤；納米材料的基本構(gòu)成微粒處于納米數(shù)量級，既不是微觀粒子，也不是宏觀物質(zhì)，B正確；原子排列成納米量級的原子團，是組成納米材料的結(jié)構(gòu)粒子，C正確；納米材料是短程有序而長程無序的一種結(jié)構(gòu)狀態(tài)，D正確。]1．D[液晶的微觀結(jié)構(gòu)介于晶體和液體之間，A錯誤；雖然液晶分子在特定方向上的排列比較整齊，且具有各向異性，但液晶分子的排列是不穩(wěn)定的，B錯誤；外界條件的微小變化都會引起液晶分子排列的變化，從而改變液晶的某些性質(zhì)，C錯誤；溫度、壓力、外加電壓等因素變化時，都會改變液晶的光學(xué)性質(zhì)，D正確。]2．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項錯誤；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)熔點為1064℃，但2nm尺寸金的熔點僅為327℃左右，D項錯誤。]3．B[有機高分子化合物是由一類相對分子質(zhì)量很大的分子聚合而成的物質(zhì)，且無固定的化學(xué)式，A錯誤；MBBA物質(zhì)由碳、氫、氧、氮四種元素組成，B正確；由MBBA的化學(xué)式可知，其分子中碳、氫、氧、氮的原子個數(shù)比為18∶