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2020-2021学年第3节 液晶、纳米材料与超分子练习
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这是一份2020-2021学年第3节 液晶、纳米材料与超分子练习，共9页。
[基础过关练]
1．下列叙述正确的是( )
A．食盐粉末为非晶体
B．液体与晶体混合物叫液晶
C．最大维度处于纳米尺度的材料叫纳米材料
D．晶体具有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定熔、沸点
D [食盐粉末由无数晶体颗粒组成，属于晶体；液晶是一种单独的物质聚集状态，不是液体与晶体的混合物；纳米材料是指至少有一维为纳米级尺度的材料。]
2．下列关于纳米材料的叙述中，正确的是( )
A．包括纳米颗粒和颗粒间的界面两部分
B．将物体粉碎成几纳米的小颗粒即得到纳米材料
C．纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料
D．同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质
A [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，B、C项错误；同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体在性质上具有很大的差别，如金的常规熔点为1 064 ℃，但2 nm尺寸金的熔点仅为327 ℃左右，D项错误。]
3．液晶广泛用于电子仪表产品等，MBBA是一种研究较多的液晶材料，其化学式为C18H21NO，下列有关说法中正确的是( )
A．MBBA属于有机高分子化合物
B．MBBA由碳、氢、氧、氮四种元素组成
C．MBBA中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶2∶1
D．MBBA中含有一氧化氮分子
B [有机高分子化合物是由一类相对分子质量很大的分子聚合而成的物质，且无固定的化学式，A错误；MBBA物质由碳、氢、氧、氮四种元素组成，B正确；由MBBA的化学式可知，其分子中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶1∶1，C错误；MBBA是由C18H21NO分子构成的化合物，D错误。]
4．(2021·山东淄博实验中学高二检测)纳米是长度单位，1 nm＝1×10－9 m，物质的颗粒达到纳米级时，具有特殊的性质。如将单质铜制成“纳米铜”时，“纳米铜”具有非常强的化学活性，在空气中可以燃烧。下列对“纳米铜”的有关叙述中正确的是( )
A．常温下，“纳米铜”比铜片的金属性强
B．常温下，“纳米铜”比铜片更易失去电子
C．常温下，“纳米铜”与铜片的还原性相同
D．常温下，“纳米铜”比铜片的氧化性强
C [“纳米铜”因其表面积大，所以化学反应速率大，但基本化学性质没有改变。]
5．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。]
6．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。]
7．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。]
8．(2021·山东东营一中高二检测)2016年诺贝尔化学奖授予在合成分子机器领域做出贡献的三位科学家。分子机器是一种特殊的超分子体系，当体系受到外在刺激(如pH变化、吸收光子、电子得失等)时，分子组分间原有作用被破坏，各组分间发生类似于机械运动的某种热运动。下列说法不正确的是( )
A．驱动分子机器时，需要对体系输入一定的能量
B．分子状态的改变会伴随能量变化，属于化学变化
C．氧化还原反应有可能是刺激分子机器体系的因素之一
D．光照有可能使分子产生类似于机械运动的某种热运动
B [分子状态的改变没有发生化学变化，故B项错误。]
9．下列关于物质特殊聚集状态的叙述中，错误的是( )
A．等离子体的基本构成微粒是带电的离子和电子及不带电的分子或原子
B．非晶体基本构成微粒的排列是长程无序和短程有序
C．液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性
D．纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分，两部分的排列都是长程有序
D [纳米材料由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。纳米颗粒内部是长程有序的晶体结构，界面则是无序结构，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。]
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 30
12．冠醚是由多个二元醇分子之间失水形成的环状化合物。X、Y、Z是常见的三种冠醚，其结构如图所示。它们能与碱金属离子作用，并且随着环的大小不同而与不同金属离子作用。
(1)Li＋与X的空腔大小相近，恰好能进入到X的环内，且Li＋与氧原子的一个孤电子对作用形成稳定结构W(如图)。基态锂离子核外能量最高的电子所处电子层符号为__________；
(2)冠醚Y能与K＋形成稳定结构，但不能与Li＋形成稳定结构。理由是 __________________________________________________________________。
(3)烯烃难溶于水，被KMnO4水溶液氧化的效果较差。若烯烃中溶入冠醚Z，氧化效果明显提升。水分子中中心氧原子的杂化轨道的空间结构是__________，H—O键键角__________(填“>”“<”或“＝”)109°28′。
[解析] (1)锂离子核外只有2个电子，在1 s能级上，电子层符号为K。
(2)冠醚Y能与K＋形成稳定结构，而Li＋半径小于K＋，也比Y的空腔小得多，不易与氧原子的孤电子对形成配位键，从而形成稳定结构。
(3)水分子中氧原子的价电子对数为4，采用sp3杂化，含有2个孤电子对，则中心O原子的杂化轨道的空间结构为四面体形。O原子含有2个孤电子对，由于孤电子对之间的排斥力大于成键电子对与孤电子对之间的排斥力，水分子中H—O键键角小于正四面体形的键角109°28′。
[答案] (1)K
(2)Li＋的离子半径比Y的空腔小得多，不易与空腔内氧原子的孤电子对作用形成配位键
(3)四面体形 <
[拓展培优练]
13．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165 K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。]
14．纳米材料是21世纪最有前途的新型材料之一，世界各国对这一新型材料给予了极大的关注。纳米粒子是指直径为1～100 nm的超细粒子(1 nm＝10－9 m)。由于表面效应和体积效应，其常有奇特的光、电、磁、热等性质，可开发为新型功能材料，有关纳米粒子的叙述中不正确的是( )
A．因纳米粒子半径太小，故不能将其制成胶体
B．一定条件下，纳米粒子可催化水的分解
C．一定条件下，纳米TiO2陶瓷可任意弯曲，可塑性好
D．纳米粒子半径小，表面活性高
A [纳米粒子的大小符合胶体粒子的特征，能将其制成胶体，A错误；某些物质达到纳米粒子状态时有奇特的性质，可催化水的分解，B正确；纳米粒子可开发为新型功能材料，C正确；纳米粒子半径小，表面活性高，D正确。]
15．我国科学家成功合成了3 nm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。]
16．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%。]
17．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M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)M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(M)的一种立方晶系的晶体结构中，每个晶胞有2个M原子，其中M原子坐标是(0,0,0)及(1/2,1/2，1/2)。已知该晶体的密度是ρ g·cm－3，M的摩尔质量是M g·ml－1，阿伏加德罗常数是NAml－1，晶体中距离最近的M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M与Cr同族，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M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)M的一种立方晶系的晶体结构中，以(0,0,0)M原子为中心，那么与之最近的M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M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)4d55s1 6 (2)AB (3)C sp2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
[基础过关练]
1．下列叙述正确的是( )
A．食盐粉末为非晶体
B．液体与晶体混合物叫液晶
C．最大维度处于纳米尺度的材料叫纳米材料
D．晶体具有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定熔、沸点
D [食盐粉末由无数晶体颗粒组成，属于晶体；液晶是一种单独的物质聚集状态，不是液体与晶体的混合物；纳米材料是指至少有一维为纳米级尺度的材料。]
2．下列关于纳米材料的叙述中，正确的是( )
A．包括纳米颗粒和颗粒间的界面两部分
B．将物体粉碎成几纳米的小颗粒即得到纳米材料
C．纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料
D．同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质
A [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，B、C项错误；同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体在性质上具有很大的差别，如金的常规熔点为1 064 ℃，但2 nm尺寸金的熔点仅为327 ℃左右，D项错误。]
3．液晶广泛用于电子仪表产品等，MBBA是一种研究较多的液晶材料，其化学式为C18H21NO，下列有关说法中正确的是( )
A．MBBA属于有机高分子化合物
B．MBBA由碳、氢、氧、氮四种元素组成
C．MBBA中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶2∶1
D．MBBA中含有一氧化氮分子
B [有机高分子化合物是由一类相对分子质量很大的分子聚合而成的物质，且无固定的化学式，A错误；MBBA物质由碳、氢、氧、氮四种元素组成，B正确；由MBBA的化学式可知，其分子中碳、氢、氧、氮的原子个数比为18∶21∶1∶1，C错误；MBBA是由C18H21NO分子构成的化合物，D错误。]
4．(2021·山东淄博实验中学高二检测)纳米是长度单位，1 nm＝1×10－9 m，物质的颗粒达到纳米级时，具有特殊的性质。如将单质铜制成“纳米铜”时，“纳米铜”具有非常强的化学活性，在空气中可以燃烧。下列对“纳米铜”的有关叙述中正确的是( )
A．常温下，“纳米铜”比铜片的金属性强
B．常温下，“纳米铜”比铜片更易失去电子
C．常温下，“纳米铜”与铜片的还原性相同
D．常温下，“纳米铜”比铜片的氧化性强
C [“纳米铜”因其表面积大，所以化学反应速率大，但基本化学性质没有改变。]
5．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。]
6．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。]
7．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。]
8．(2021·山东东营一中高二检测)2016年诺贝尔化学奖授予在合成分子机器领域做出贡献的三位科学家。分子机器是一种特殊的超分子体系，当体系受到外在刺激(如pH变化、吸收光子、电子得失等)时，分子组分间原有作用被破坏，各组分间发生类似于机械运动的某种热运动。下列说法不正确的是( )
A．驱动分子机器时，需要对体系输入一定的能量
B．分子状态的改变会伴随能量变化，属于化学变化
C．氧化还原反应有可能是刺激分子机器体系的因素之一
D．光照有可能使分子产生类似于机械运动的某种热运动
B [分子状态的改变没有发生化学变化，故B项错误。]
9．下列关于物质特殊聚集状态的叙述中，错误的是( )
A．等离子体的基本构成微粒是带电的离子和电子及不带电的分子或原子
B．非晶体基本构成微粒的排列是长程无序和短程有序
C．液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性
D．纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分，两部分的排列都是长程有序
D [纳米材料由直径为几或几十纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。纳米颗粒内部是长程有序的晶体结构，界面则是无序结构，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。]
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 30
12．冠醚是由多个二元醇分子之间失水形成的环状化合物。X、Y、Z是常见的三种冠醚，其结构如图所示。它们能与碱金属离子作用，并且随着环的大小不同而与不同金属离子作用。
(1)Li＋与X的空腔大小相近，恰好能进入到X的环内，且Li＋与氧原子的一个孤电子对作用形成稳定结构W(如图)。基态锂离子核外能量最高的电子所处电子层符号为__________；
(2)冠醚Y能与K＋形成稳定结构，但不能与Li＋形成稳定结构。理由是 __________________________________________________________________。
(3)烯烃难溶于水，被KMnO4水溶液氧化的效果较差。若烯烃中溶入冠醚Z，氧化效果明显提升。水分子中中心氧原子的杂化轨道的空间结构是__________，H—O键键角__________(填“>”“<”或“＝”)109°28′。
[解析] (1)锂离子核外只有2个电子，在1 s能级上，电子层符号为K。
(2)冠醚Y能与K＋形成稳定结构，而Li＋半径小于K＋，也比Y的空腔小得多，不易与氧原子的孤电子对形成配位键，从而形成稳定结构。
(3)水分子中氧原子的价电子对数为4，采用sp3杂化，含有2个孤电子对，则中心O原子的杂化轨道的空间结构为四面体形。O原子含有2个孤电子对，由于孤电子对之间的排斥力大于成键电子对与孤电子对之间的排斥力，水分子中H—O键键角小于正四面体形的键角109°28′。
[答案] (1)K
(2)Li＋的离子半径比Y的空腔小得多，不易与空腔内氧原子的孤电子对作用形成配位键
(3)四面体形 <
[拓展培优练]
13．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165 K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。]
14．纳米材料是21世纪最有前途的新型材料之一，世界各国对这一新型材料给予了极大的关注。纳米粒子是指直径为1～100 nm的超细粒子(1 nm＝10－9 m)。由于表面效应和体积效应，其常有奇特的光、电、磁、热等性质，可开发为新型功能材料，有关纳米粒子的叙述中不正确的是( )
A．因纳米粒子半径太小，故不能将其制成胶体
B．一定条件下，纳米粒子可催化水的分解
C．一定条件下，纳米TiO2陶瓷可任意弯曲，可塑性好
D．纳米粒子半径小，表面活性高
A [纳米粒子的大小符合胶体粒子的特征，能将其制成胶体，A错误；某些物质达到纳米粒子状态时有奇特的性质，可催化水的分解，B正确；纳米粒子可开发为新型功能材料，C正确；纳米粒子半径小，表面活性高，D正确。]
15．我国科学家成功合成了3 nm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。]
16．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%。]
17．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M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)M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(M)的一种立方晶系的晶体结构中，每个晶胞有2个M原子，其中M原子坐标是(0,0,0)及(1/2,1/2，1/2)。已知该晶体的密度是ρ g·cm－3，M的摩尔质量是M g·ml－1，阿伏加德罗常数是NAml－1，晶体中距离最近的M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M与Cr同族，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M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)M的一种立方晶系的晶体结构中，以(0,0,0)M原子为中心，那么与之最近的M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M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)4d55s1 6 (2)AB (3)C sp2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
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