高中鲁科版 (2019)第2节几种简单的晶体结构模型导学案

展开

这是一份高中鲁科版 (2019)第2节几种简单的晶体结构模型导学案，共7页。学案主要包含了液晶，纳米材料，超分子等内容，欢迎下载使用。

一、液晶
1．定义
在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面又表现出类似晶体的各向异性的物质称为液态晶体，简称液晶。
2．原因
液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列。
为什么液晶具有显示功能？
想一想提示：液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切有关，在施加电压时，液晶分子能够沿电场方向排列，而在移去电场后，液晶分子又恢复到原来的状态，所以液晶具有显示功能。
二、纳米材料
1．结构：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。
2．性质：纳米颗粒内部具有晶状结构，界面则为无序结构，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。
3．应用：纳米材料的颗粒很小和处于界面的原子所占比例较高，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。
4．“明星”纳米材料
(1)家族：富勒烯(C60等球碳)、石墨烯(单层石墨片)和碳纳米管。
(2)碳纳米管：
①结构：管状结构，由石墨片围绕中心轴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、储氢等性能。
三、超分子
1．定义
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，称为超分子。
2．形成超分子的作用力
超分子内部分子之间通过非共价键结合，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。
3．冠醚
不同大小的冠醚可以“夹带”不同的金属离子
由于冠醚能与阳离子(尤其是碱金属阳离子)作用，并且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，因而成为有机反应中很好的催化剂。冠醚与金属离子的聚集体可以看成是一类超分子。
4．超分子的应用
(1)冠醚识别阳离子
(2)分子梭的转化
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的烷基铵结合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。
(3)分子组装
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分子材料。
(1)超分子的性质与组成超分子的单个分子的性质相同。( )
(2)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。( )
(3)富勒烯、石墨棒、碳纳米管均属于纳米材料。( )
[答案] (1)× (2)√ (3)×
液晶和碳纳米管是常用的功能材料
液晶电视碳纳米管
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异功能？
提示：组成纳米材料的晶状颗粒的内部有序原子与晶粒界面的无序原子各约占原子总数50%，界面原子比例高，加之粒子的细化，使其表现出特异功能。
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．电子表、电子计算器、电脑显示器都运用了液晶材料显示图像和文字。有关其显示原理的叙述中正确的是( )
A．施加电压时，液晶分子沿垂直于电场方向排列
B．移去电场后，液晶分子恢复到原来的状态
C．施加电压时，液晶分子恢复到原来的状态
D．移去电场后，液晶分子沿电场方向排列
B [液晶的显示原理为施加电压时，液晶分子沿电场方向排列；移去电场后，液晶分子恢复到原来的状态，B正确。]
3．下列关于纳米材料基本构成微粒的叙述中，错误的是( )
A．三维空间尺寸必须都处于纳米级
B．既不是微观粒子，也不是宏观物质
C．是原子排列成的纳米数量级原子团
D．是长程无序的一种结构状态
A [纳米材料的基本构成微粒的尺寸其中有一维处于纳米级即可，A错误；纳米材料的基本构成微粒处于纳米数量级，既不是微观粒子，也不是宏观物质，B正确；原子排列成纳米量级的原子团，是组成纳米材料的结构粒子，C正确；纳米材料是短程有序而长程无序的一种结构状态，D正确。]
1．关于液晶的下列说法中正确的是( )
A．液晶是一种晶体
B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性
C．液晶的化学性质与温度变化无关
D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
D [液晶的微观结构介于晶体和液体之间，A错误；虽然液晶分子在特定方向上的排列比较整齐，且具有各向异性，但液晶分子的排列是不稳定的，B错误；外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，C错误；温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，D正确。]
2．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纳米材料可提高材料的磁性
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．①②③④⑤ B．②③④
C．②③④⑤ D．①②③④
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。]
3．下列不能看作超分子的是( )
A．两个DNA分子链通过氢键结合在一起
B．细胞膜中的磷脂分子的双层膜结构
C．冠醚与金属离子的聚集体
D．所有以氢键结合在一起的分子
[答案] D
4．下列说法符合科学性的是( )
A．工厂生产的食盐对人体有益，它是纳米材料，易吸收、易消化
B．工厂生产的食盐，处于液晶状态，是日常生活中不可缺少的物质，它是非常纯净的非晶体
C．金的常规熔点约为1 064 ℃，而制成2 nm尺寸的金的熔点只有327 ℃左右，所以纳米金属于分子晶体
D．液晶是一种具有晶体性质的特殊物质，可用于制造显示器
D [食盐是晶体，不是纳米材料，不为液晶，故A、B错误；纳米材料不同于一般的晶体，纳米金不属于分子晶体，故C错误；液晶可用于制造显示器，故D正确。]
5．请分别用液晶、纳米材料和超分子3种特殊聚集状态填空：
(1)________是两个或多个分子相互“组合”在一起形成的具有特定结构和功能的聚集体。
(2)________既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性。
(3)________具有良好的物理、化学特性，完全不同于微米或毫米量级的材料。
[解析] 根据超分子、液晶、纳米材料的概念作答。
[答案] (1)超分子 (2)液晶 (3)纳米材料
学习任务
1.知道物质除有三种基本的聚集状态外，还有晶体、非晶体、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。培养宏观辨识与微观探析的核心素养。 3.通过对液晶、纳米材料、超分子的认知，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。培养科学态度与社会责任的核心素养。
液晶、纳米材料、超分子的比较
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度的、具有特定功能的材料
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
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、声、电、磁、热、力、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
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