魯科版高中化學(xué)選擇性必修2第3章第3節(jié)液晶、納米材料與超分子基礎(chǔ)課課件

第3節(jié)液晶、納米材料與超分子(基礎(chǔ)課)第3章不同聚集狀態(tài)的物質(zhì)與性質(zhì)素養(yǎng)目標(biāo)1．知道物質(zhì)除有三種基本的聚集狀態(tài)外，還有液晶、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、超分子的學(xué)習(xí)，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。舊知回顧1．晶體的特性：(1)自范性：在適宜的條件下，晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)封閉的、規(guī)則的多面體外形。(2)各向異性：晶體在不同方向上表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)。2．碳納米管：碳納米管的直徑一般在幾納米(符號為nm，1nm＝10-9m)到幾十納米之間，碳納米管具有尺寸小、機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好等特點(diǎn)，在材料、催化、信息等諸多領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用前景。必備知識自主預(yù)習(xí)一、液晶定義在一定的溫度范圍內(nèi)既具有液體的______性，在折射率、磁化率、電導(dǎo)率等宏觀性質(zhì)方面又表示出類似晶體的________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__________，由此在分子長軸的平行方向和垂直方向表現(xiàn)出不同的性質(zhì)可流動各向異性有序的排列用途液晶最重要的用途是制造__________，這種顯示器在電子手表、計算器、數(shù)字儀表、計算機(jī)顯示器、電視顯示屏等器材中得到廣泛應(yīng)用液晶顯示器想一想液晶屬于晶體嗎？說明你的理由。提示：不是。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)。二、納米材料結(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性質(zhì)納米顆粒內(nèi)部具有____結(jié)構(gòu)，原子排列有序，而界面為____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)納米晶狀無序應(yīng)用由于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微米量級或毫米量級的結(jié)構(gòu)顆粒構(gòu)成的材料界面的原子實(shí)例(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(3)納米機(jī)器用途：各種各樣____尺度的微型機(jī)器，可用于消滅傳染性微生物、逐個殺死癌細(xì)胞、清除血液中的血小板、修復(fù)受損細(xì)胞、吞噬有害物質(zhì)、制造____大小的超級計算機(jī)等富勒烯碳納米管管狀中心軸儲氫納米原子三、超分子1．概念____或____分子相互“組合”在一起形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的______，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。2．結(jié)構(gòu)內(nèi)部分子之間通過________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________等。兩個多個聚集體非共價鍵弱配位鍵3．冠醚及其作用能與陽離子(尤其是堿金屬陽離子)作用，隨環(huán)的大小不同而與不同的金屬離子作用，將陽離子以及對應(yīng)的陰離子都帶入有機(jī)溶劑，成為有機(jī)反應(yīng)中很好的催化劑。4．分子梭的變化在鏈狀分子A上同時含有兩個不同的識別位點(diǎn)。在堿性情況下，環(huán)狀分子B與帶有正電荷的位點(diǎn)1的相互作用較強(qiáng)；在酸性情況下，由于位點(diǎn)2的亞氨基結(jié)合H＋而帶正電荷，與環(huán)狀分子B的作用增強(qiáng)。因此，通過加入酸和堿，可以實(shí)現(xiàn)分子梭在兩個不同狀態(tài)之間的切換。5．應(yīng)用實(shí)現(xiàn)分子識別、分子組裝，促進(jìn)超分子化學(xué)研究的發(fā)展。判一判

(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)納米材料屬于晶體。 (

)(3)富勒烯、石墨棒、碳納米管均屬于納米材料。 (

)(4)物質(zhì)只有氣、液、固三種聚集狀態(tài)。 (

)××××關(guān)鍵能力情境探究[情境探究]液晶和碳納米管是常用的功能材料液晶、納米材料、超分子的比較1．你知道顯示屏上的圖像是用什么方法顯示出來的嗎？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．納米材料為什么在光、電、磁、化學(xué)反應(yīng)等方面表現(xiàn)出特殊功能？提示：納米材料的顆粒很小和處于界面的原子所占比例較高。[歸納總結(jié)]

液晶納米材料超分子概念在一定的溫度范圍內(nèi)既具有液體的可流動性，又表現(xiàn)出類似晶體的各向異性的物質(zhì)三維空間尺寸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

液晶納米材料超分子特征折射率、磁化率、電導(dǎo)率等均表現(xiàn)出各向異性，液晶顯示的驅(qū)動電壓低、功率小粒子細(xì)化、界面原子比例較高，使納米材料在光學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)等方面具有特性超分子內(nèi)部分子之間通過非共價鍵相結(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

液晶納米材料超分子重要應(yīng)用制造液晶顯示器，應(yīng)用于電子手表、計算器、數(shù)字儀表等器材用于化妝品、涂料、食品、化纖布料、隱形飛機(jī)等在分子水平上進(jìn)行分子設(shè)計，有序組裝甚至復(fù)制出一些新型的分子材料，如功能材料等[能力達(dá)成]1．下列說法不正確的是(

)A．液晶具有類似晶體的各向異性和液體的可流動性B．蛋白質(zhì)的變性和納米銀離子的聚集都是化學(xué)變化C．常壓下，0℃時冰的密度比水的密度小，水在4℃時密度最大，這些都與分子間的氫鍵有關(guān)D．冠醚和金屬離子的聚集體可以看成是一類超分子B

[蛋白質(zhì)的變性屬于化學(xué)變化，納米銀離子的聚集屬于物理變化，故B不正確。]√2．(雙選)下列關(guān)于聚集狀態(tài)的描述中，錯誤的是(

)A．物質(zhì)只有氣、液、固三種聚集狀態(tài)B．晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)別：是否有規(guī)則的幾何外形C．液晶用于各種顯示儀器上D．超分子是由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√√AB

[A.物質(zhì)的聚集狀態(tài)除了氣、液、固三態(tài)外，還有非晶體、液晶、納米材料等聚集狀態(tài)，故A錯誤；B.晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)別在于其內(nèi)部粒子在空間上是否按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列，而不是在于是否具有規(guī)則的幾何外形，故B錯誤；C.液晶可用于制造顯示儀器，故C正確；D.超分子能表現(xiàn)出不同于單個分子的性質(zhì)，其原因是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，故D正確。]3．某超分子的結(jié)構(gòu)如圖所示，下列有關(guān)超分子的描述不正確的是(

)A．圖示中的超分子是兩個不同的分子通過氫鍵形成的分子聚集體B．超分子的特征是分子識別和分子組裝C．超分子是指分子量特別大的分子D．圖示中的超分子中的N原子采取sp2、sp3雜化√C

[圖示中的超分子是兩個不同的分子通過氫鍵形成的分子聚集體，A正確；超分子的特征是分子識別和分子組裝，B正確；超分子不同于高分子，C錯誤；圖示中的超分子中的N原子采取sp2、sp3雜化，故D正確。][教材鏈接][教材拓展視野]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，請回答下列問題：(1)納米是________單位，1nm等于________m。納米科學(xué)與技術(shù)是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1～100nm范圍內(nèi)材料的性質(zhì)與應(yīng)用。它與________分散質(zhì)的粒子大小一樣。長度10-9膠體(2)世界上最小的馬達(dá)，只有千萬分之一個蚊子那么大，如圖所示，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___________。②該分子中含有的構(gòu)成環(huán)的原子是________元素的原子。球棍模型碳[解析]根據(jù)題給信息，分子馬達(dá)可用于消除體內(nèi)垃圾，應(yīng)是含碳物質(zhì)，再根據(jù)圖中“

”原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)一步確定構(gòu)成環(huán)的原子是碳原子。學(xué)習(xí)效果隨堂評估1．(雙選)在10-9m～10-7m范圍內(nèi)的納米銅顆粒一遇到空氣就會劇烈燃燒，甚至發(fā)生爆炸。下列說法不正確的是(

)A．納米銅是一種新型化合物B．納米銅顆粒比普通銅具有更強(qiáng)的化學(xué)活性C．納米銅粒子大小范圍為1nm～100nmD．利用丁達(dá)爾效應(yīng)可區(qū)別納米銅和普通銅243題號1√√AD

[納米銅與普通銅所含銅原子種類相同，屬于單質(zhì)，A錯誤；納米銅顆粒在空氣中能劇烈燃燒，說明它比普通銅更容易被氧氣氧化，有更強(qiáng)的化學(xué)活性，B正確；1nm＝10-9m，10-9m～10-7m范圍即是1nm～100nm，C正確；納米銅不是分散系，沒有丁達(dá)爾效應(yīng)，D錯誤。]243題號12．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納米材料可降低材料的磁性③納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⑤納米是長度單位A．①③④⑤

B．②③④C．②③④⑤ D．①②③④23題號14√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。]23題號143．冠醚是皇冠狀的分子，可有不同大小的空穴適配不同大小的堿金屬離子。18-冠-6可與鉀離子作用，如圖是18-冠-6與鉀離子以配位鍵結(jié)合形成的超分子結(jié)構(gòu)示意圖。下列說法錯誤的是(

)A．超分子具有分子識別和自組裝的特征B．該超分子中K＋的配位數(shù)為6C．利用超分子的分子識別特征，還可以分離C60、C70D．冠醚與堿金屬離子形成的配合物屬于“超分子”，其形成的晶體是分子晶體23題號41√D

[超分子是由兩個或兩個以上的分子“組合”在一起形成的具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體，具有分子識別與自組裝的特征，A正確；由題干圖示信息可知，該超分子中K＋周圍形成有6個配位鍵，故K＋的配位數(shù)為6，B正確；C60和C70混合物加入一種空腔大小適合C60的“杯酚”中可進(jìn)行分離，這是利用超分子的分子識別特征，C正確；由題干信息可知冠醚是皇冠狀的分子，則冠醚與堿金屬離子形成配合物是一個配位