2020-2021魯科化學(xué)性2課時(shí)3.3液晶、納米材料與超分子含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年新教材魯科化學(xué)選修性必修2課時(shí)分層作業(yè)：3.3液晶、納米材料與超分子含解析課時(shí)分層作業(yè)（十四)液晶、納米材料與超分子(建議用時(shí)：40分鐘)［合格過關(guān)練]1．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．①②③④⑤ B．②③④C．②③④⑤ D．①②③④A［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。］2．納米材料是當(dāng)今材料科學(xué)研究的前沿，其研究成果廣泛應(yīng)用于催化及軍事科學(xué)中。將納米材料分散到液體分散劑中，所得混合物可能具有的性質(zhì)是(）A．能全部透過半透膜B．有丁達(dá)爾效應(yīng)C．所得液體不可以全部透過濾紙D．所得物質(zhì)一定是溶液B［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，其微粒直徑大小一致,故其分散系應(yīng)為膠體，應(yīng)具備膠體的性質(zhì)。］3．下列說法不正確的是()A．液晶態(tài)介于晶體狀態(tài)和液態(tài)之間，液晶具有一定程度的晶體的有序性和液體的流動(dòng)性B．常壓下，0℃時(shí)冰的密度比水的密度小,水中4℃時(shí)密度最大,這些都與分子間的氫鍵有關(guān)C．金屬易導(dǎo)電、易導(dǎo)熱、有延展性、易銹蝕均與金屬中的自由電子有關(guān)D．石墨晶體中既有共價(jià)鍵，又有金屬鍵，還有范德華力，是一種混合晶體C[A。液晶態(tài)是指介于晶體和液體之間的物質(zhì)狀態(tài)，像液體具有流動(dòng)性，像固體具有晶體的有序性，故A正確;B.冰中存在氫鍵，具有方向性和飽和性，其體積變大，則相同質(zhì)量時(shí)冰的密度比液態(tài)水的密度小，故B正確;C.金屬易銹蝕與金屬晶體結(jié)構(gòu)無關(guān)、與化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，金屬的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，容易被空氣中的氧氣所氧化,故C錯(cuò)誤；D。石墨的結(jié)構(gòu)中，C原子與C原子以共價(jià)鍵相連接,形成平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，層與層之間存在范德華力，而在空間中,相鄰兩層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的間隙中有少量自由移動(dòng)的電子，連接的化學(xué)鍵性質(zhì)介于金屬鍵和共價(jià)鍵之間,所以石墨具有金屬的部分性質(zhì)，所以石墨晶體中既有共價(jià)鍵，又有金屬鍵,還有范德華力,是一種混合晶體，故D正確。］4．在10－9m～10－7A．納米銅是一種新型膠體B．納米銅顆粒比普通銅更易與氧氣發(fā)生反應(yīng)C．納米銅與普通銅所含銅原子的種類不同D．納米銅無須密封保存B[A.納米銅根據(jù)其微粒半徑屬于膠體，但不是新型膠體,故A錯(cuò)誤;B。普通銅加熱才能與氧氣反應(yīng)，而納米銅遇到空氣就會(huì)劇烈燃燒,更易發(fā)生氧化反應(yīng),故B正確；C。納米銅和普通銅都由銅元素組成，所以銅原子種類相同,故C錯(cuò)誤；D.納米銅很易與氧氣反應(yīng)，應(yīng)密封保存，故D錯(cuò)誤。]5．下列敘述正確的是(）A．液晶是由分子較大、分子形狀呈長形或碟形的物質(zhì)形成的晶體B．制造光導(dǎo)纖維的主要材料是高純度硅，屬于共價(jià)晶體C．H2O分子比H2S分子穩(wěn)定是因?yàn)樗肿又g存在氫鍵D．NaCl和MgO晶體熔融時(shí)克服的作用力相同D［A.液晶是一種介于晶體與液體之間的中間態(tài)物質(zhì)，通常由分子較大、分子形狀呈長形或碟形的物質(zhì)形成液晶態(tài)，故A錯(cuò)誤；B.制造光導(dǎo)纖維的主要材料是二氧化硅,屬于共價(jià)晶體，故B錯(cuò)誤；C.H2O分子比H2S分子穩(wěn)定，是因H—O鍵鍵能比H—S鍵鍵能大，故C錯(cuò)誤；D.NaCl和MgO晶體均為只含離子鍵的離子晶體，熔融時(shí)克服的作用力相同，均為離子鍵,故D正確.］6．石墨烯是從石墨中剝離出來的，其結(jié)構(gòu)如圖所示.單層的石墨烯其厚度只有一個(gè)碳原子厚，被證實(shí)是世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅(jiān)硬的物質(zhì)，可制成電阻率最小的納米材料.下列關(guān)于石墨烯的說法正確的是(）A．石墨烯與金剛石互為同位素B．從石墨中剝離得石墨烯需克服范德華力C．石墨烯是高分子化合物D．制成的納米材料微粒直徑在1nm～100nm,因此石墨烯納米材料屬于膠體B[A.石墨烯與金剛石互為同素異形體，A錯(cuò)誤;B.石墨屬于混合型晶體，分子間存在分子間作用力，所以從石墨剝離得石墨烯需克服范德華力,B正確；C。由題意可知,單層石墨成為石墨烯，石墨烯屬于單質(zhì)，C錯(cuò)誤:D.石墨烯是單質(zhì),膠體是混合物，D錯(cuò)誤。]7．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.]8．下列關(guān)于液晶的說法正確的是（）A．液晶是液體和晶體的混合物B．液晶是一種晶體C．液晶分子在特定條件下排列比較整齊,但不穩(wěn)定D．所有物質(zhì)在一定條件下都能成為液晶C[液晶是指在一定的溫度范圍內(nèi)既具有液體的可流動(dòng)性，又具有晶體的各向異性的一類特殊的物質(zhì),它既不同于晶體又不同于非晶體,在特定條件如外加電場(chǎng)作用下排列整齊，一旦取消電場(chǎng)又恢復(fù)原狀,所以液晶不穩(wěn)定.不是所有的物質(zhì)都能成為液晶。］9．（素養(yǎng)題)科學(xué)家用有機(jī)分子和球形籠狀分子C60，首次制成了“納米車”（如圖所示），每輛“納米車”是用一個(gè)有機(jī)分子和四個(gè)球形籠狀分子“組裝”而成。下列說法正確的是()A．我們可以直接用肉眼清晰地看到這種“納米車”的運(yùn)動(dòng)B．“納米車"的誕生，說明人類操縱分子的技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新階段C．“納米車"是一種分子晶體D．C60熔點(diǎn)比金剛石熔點(diǎn)高B［據(jù)題意，“納米車”是肉眼所不能見的，A項(xiàng)錯(cuò)誤;“納米車”只是幾個(gè)分子的“組裝”體,并非晶體，C項(xiàng)錯(cuò)誤;C60屬于分子晶體，熔點(diǎn)要比金剛石低得多,D項(xiàng)錯(cuò)誤。］10．碳納米管是由碳原子組成的六角形蜂巢狀平面薄膜卷曲而成,具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。下列關(guān)于碳納米管的說法不正確的是()A．碳納米管屬于一種有機(jī)合成纖維B．碳納米管與金剛石互為同素異形體C．常溫下，碳納米管具有較好的穩(wěn)定性D．碳納米管比表面積大,可用作新型儲(chǔ)氫材料A[碳納米管由碳單質(zhì)組成，不屬于有機(jī)合成纖維，A錯(cuò)誤；碳納米管與金剛石都由碳元素組成，但結(jié)構(gòu)與性質(zhì)不同，互為同素異形體，B正確；碳單質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定，所以常溫下，碳納米管具有較好的穩(wěn)定性，C正確；碳納米管是由碳原子組成的六角形蜂巢狀平面薄膜卷曲而成，所以比表面積大，可用作新型儲(chǔ)氫材料，D正確。]11．21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)。請(qǐng)根據(jù)如圖回答下列問題：（1)納米是________單位，1納米等于________米。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________分散系的粒子大小一樣。(2)世界上最小的馬達(dá)，只有千萬分之一個(gè)蚊子那么大，如上圖，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________。②該分子中含有的組成環(huán)的原子是________元素的原子,分子中共有________個(gè)該原子.[解析］本題主要考查對(duì)納米及晶體結(jié)構(gòu)的理解。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)一步確定組成環(huán)的原子是碳原子。［答案]（1）長度10－9膠體（2)①球棍模型②碳3012．（1）(CH3）3NH＋和[AlCl4］－可形成離子液體。離子液體由陰、陽離子構(gòu)成，熔點(diǎn)低于100℃，其揮發(fā)性一般比有機(jī)溶劑________（填“大”或“小”)，可用作________(填代號(hào)).a．助燃劑 B．“綠色”溶劑c．復(fù)合材料 D．絕熱材料(2）在納米級(jí)的空間中，水的結(jié)冰溫度是怎樣的呢?為此，科學(xué)家對(duì)不同直徑碳納米管中水的結(jié)冰溫度進(jìn)行分析。下圖是四種不同直徑碳納米管中的冰柱結(jié)構(gòu)及結(jié)冰溫度，冰柱的大小取決于碳納米管的直徑。水在碳納米管中結(jié)冰的規(guī)律是_____________________________________________________。[答案](1）小b(2）納米管直徑越小,結(jié)冰溫度越高13．超分子化學(xué)已逐漸擴(kuò)展到化學(xué)的各個(gè)分支，還擴(kuò)展到生命科學(xué)和物理學(xué)等領(lǐng)域。由Mo將2個(gè)C60分子、2個(gè)p—甲酸丁酯吡啶及2個(gè)CO分子利用配位鍵自組裝的超分子結(jié)構(gòu)如圖所示.（1）Mo處于第5周期第ⅥB族，核外電子排布與Cr相似,它的基態(tài)價(jià)電子排布式是________；核外未成對(duì)電子數(shù)是________個(gè)。（2）該超分子中存在的化學(xué)鍵類型有________。A．σ鍵 B．π鍵C．離子鍵 D．氫鍵（3）該超分子中配體CO提供孤電子對(duì)的原子是______(填元素符號(hào))，p—甲酸丁酯吡啶配體中C原子的雜化方式有________.（4)從電負(fù)性角度解釋CF3COOH的酸性強(qiáng)于CH3COOH的原因_____________________________________________________.（5)C60與金剛石互為同素異形體,從結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系解釋C60的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于金剛石的原因是________________________________________________________________________________________________________________。（6)已知：某晶胞中各原子的相對(duì)位置可用如圖所示的原子坐標(biāo)表示，其中所有頂點(diǎn)原子坐標(biāo)均為(0,0，0).鉬（Mo）的一種立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)中,每個(gè)晶胞有2個(gè)Mo原子，其中Mo原子坐標(biāo)是(0,0,0)及（1/2,1/2，1/2）。已知該晶體的密度是ρg·cm－3，Mo的摩爾質(zhì)量是Mg·mol－1,阿伏加德羅常數(shù)是NAmol－1,晶體中距離最近的Mo原子核外之間的距離為________pm.［解析］（1)Cr的基態(tài)價(jià)電子分布為3d54s1，而Mo與Cr同主族，但比Cr多了一周期，因而基態(tài)價(jià)電子分布為4d55s1,核外未成對(duì)的電子為6個(gè)。（2)觀察該超分子結(jié)構(gòu)有雙鍵，說明有σ鍵和π鍵，分子中不存在離子鍵，根據(jù)信息Mo形成配位鍵，因而答案選AB。(3）CO做配體時(shí)是C做配位原子,氧把孤對(duì)電子給了碳,碳變成富電子中心,有提供電子對(duì)形成配位鍵的能力,p-甲酸丁酯吡啶中碳原子形成雙鍵，說明其雜化方式為sp2,在丁基中C原子形成四個(gè)單鍵為sp3雜化。（4)F的電負(fù)性強(qiáng)于H，對(duì)電子的吸引能力強(qiáng)，使共用電子對(duì)偏向F，使氧氫鍵較易斷裂，因此CF3COOH酸性強(qiáng)于CH3COOH。(5）根據(jù)不同晶體類型的性質(zhì)不同來解釋：C60是分子晶體，金剛石是共價(jià)晶體,共價(jià)晶體熔化時(shí)破壞的共價(jià)鍵所需的能量遠(yuǎn)高于分子晶體熔化時(shí)破壞的分子間作用力。(6)Mo的一種立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)中，以（0,0，0）Mo原子為中心,那么與之最近的Mo原子有8個(gè)，分別是(1/2，1/2,1/2),（－1/2，1/2，1/2)，(1/2，－1/2,1/2)等等，因而為體心立方堆積，先計(jì)算出立方的邊長，因而每個(gè)晶胞中含有2個(gè)Mo原子,晶胞體積V＝eq\f(2M,ρNA)cm3，所以立方邊長a＝eq\r（3，V)＝eq\r（3,\f(2M，ρNA))cm，最近的兩個(gè)原子坐標(biāo)為(0,0,0)和(1/2，1/2，1/2)，可知該立方邊長為1，用距離公式算出兩原子相距eq\f(\r（,3）,2），根據(jù)比例關(guān)系，原子最近真實(shí)距離等于eq\r（3，\f（2M,ρNA)）×eq\f（\r(，3),2）×1010pm。［答案]（1)4d55s16(2)AB(3）Csp2和sp3(4）F的電負(fù)性強(qiáng)于H，對(duì)電子的吸引能力強(qiáng)，使共用電子對(duì)偏向F，使氧氫鍵較易斷裂，因此酸性強(qiáng)于CH3COOH(5)C60是分子晶體，金剛石是共價(jià)晶體，共價(jià)晶體熔化時(shí)破壞的共價(jià)鍵所需的能量遠(yuǎn)高于分子晶體熔化時(shí)破壞的分子間作用力(6）eq\r(3,\f(2M，ρNA))×eq\f（\r（,3)，2)×1010[素養(yǎng)培優(yōu)練]14．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165K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C［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。］15．下列關(guān)于特殊聚集狀態(tài)的應(yīng)用的描述中，錯(cuò)誤的是(）A．運(yùn)用等離子束切割金屬B．晶體合金的硬度和強(qiáng)度均比非晶體合金的硬度和強(qiáng)度高C．液晶用于各種顯示儀器上D．化妝品中加入納米顆?？墒蛊渚邆浞雷贤饩€的功能B[某些非晶體合金的硬度和強(qiáng)度比晶體合金的硬度和強(qiáng)度高.]16．我國科學(xué)家成功合成了3nm長的管狀納米管，長度居世界之首。這種碳纖維具有強(qiáng)度高、剛度(抵抗變形的能力)高、密度?。ㄖ挥袖摰膃q\f(1，4））、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性好的特點(diǎn),因而被稱為“超級(jí)纖維”。下列對(duì)碳纖維的說法不正確的是()A．它是制造飛機(jī)的理想材料B．它的主要組成元素是碳C．它的抗腐蝕能力強(qiáng)D．碳纖維復(fù)合材料不導(dǎo)電D[納米材料有其獨(dú)特的功能，我們都知道：一般飛機(jī)是用鋁合金及鋼制造的,由于碳纖維的“強(qiáng)度高、剛度高、密度小"，它也可以作為制造飛機(jī)的理想材料；碳纖維復(fù)合材料其主要組成元素是碳，但由于合成的是納米級(jí)材料，也可類似于石墨結(jié)構(gòu)，存在著自由電子。]17．納米材料的表面粒子數(shù)占總粒子數(shù)的比例極大，這是它具有許多特殊性質(zhì)的原因.假設(shè)某納米顆粒的大小和形狀恰好與某晶體晶胞的大小和形狀（如圖）相同，則這種納米顆粒的表面粒子數(shù)占總粒子數(shù)的百分?jǐn)?shù)為（）A．50% B．88。9%C．96.3％ D．100％B［這種納米顆粒的表面粒子數(shù)占總粒子數(shù)的百分?jǐn)?shù)為eq\f(8，9）×100%＝88.9%。］18．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)研究等。(1）過渡元素Ni原子的基態(tài)電子排布式為________________,Ni的核外電子由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)時(shí)產(chǎn)生的光譜是________________(填“吸收”或“發(fā)射”）光譜.(2）胍鎓離子[C(NH2)eq\o\al(＋，3)］可以與甲基磺酸根（CH3SOeq\o\al(－，3）)形成超分子晶體，其局部結(jié)構(gòu)如圖所示.①組成該晶體的元素中第一電離能最大的是________，其中C的雜化類型有________。②元素C、N、S的簡(jiǎn)單氫化物在水中的溶解度從大到小的順序?yàn)開_______,原因是______________________________________________________________________________________________________________________________。（3）近年研究人員通過量子化學(xué)計(jì)算預(yù)測(cè)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)空隙，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anm，晶胞中Na的半徑為bnm,則He的半徑為________________nm（列出計(jì)算式即可)。［解析](1）Ni的原子序數(shù)為28，根據(jù)能量最低原理可寫出電子排布式為［Ar］3d84s2或1s22s22p63s23p63d84s2；原子吸收可見光和紫外光，可以