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液晶、纳米材料与超分子
第3节
第3章
学
习
目
标
1.知道物质除有三种基本的聚集状态外，还有其他聚集状态。
2.知道液晶、纳米材料和超分子的概念及结构与性质的关系(重点)。
联想质疑
固态（包含晶体和非晶体）、液态、气态是物质三种最常见的聚集状态。
美丽的固态物质—水晶
大自然中的液态物质—水
气球中充有的气态物质—氦气
你听说过液晶、纳米材料、超分子等名词吗，从它们的名称中，你能想象出微粒在这些物质中的聚集方式有什么特点吗
内
容
索
引
目标一　液晶
目标二　纳米材料
目标三　超分子
液晶
< 目标一 >
1.概念
在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，
又具有类似晶体的各向异性的物质。
液晶物质的不同形态
在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现出类似晶体的各向异性。
2.性质
最重要的用途是制造液晶显示器
1.试从微观层面解释液晶具有各向异性的原因。
在微观结构层面，液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，由此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质。
2.从微观层面解释液晶显示器的工作原理。
液晶的显示功能与液晶材料内部分子的排列密切相关。在没有外加电场时，液晶分子呈逐层扭转的螺旋形排列；在施加电压时，分子变成沿电场方向排列；而在移去电场之后，又恢复到原来的状态。因此，在存在或撤去电场的两种不同条件下，材料的旋光性能发生变化，从而达到控制显示的目的。
1.正误判断
(1)液晶内部分子沿长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性
(2)液晶是一种特殊的物质聚集状态
(3)液晶就是液体和晶体的混合物，是一种液态晶体
√
×
√
2.下列有关液晶的叙述不正确的是
A.具有液体的流动性和晶体的各向异性
B.可用来制造液晶显示器
C.不是物质的一种聚集状态
D.液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和
电场的影响
√
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纳米材料
< 目标二 >
纳米颗粒内部具有晶状结构，原子排列有序，而界面则为无序结构。
1.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。
纳米车
(1)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。
(2)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。
2.纳米材料的性质及应用
例如，纳米陶瓷不仅硬度高、强度高，其韧性和可加工性也显著增强，甚至具有金属一样的柔韧性。
碳纳米管因其纤维长、强度高、韧性高等特点被称为“超级纤维”，它可以像液体一样流动，在外加磁场作用时又会表现出磁性。
富勒烯
石墨烯
碳纳米管
2.纳米材料的性质及应用
(1)优良的金属导体在尺寸减小到几纳米时就可成为绝缘体，多数金属纳米颗粒在特定尺寸时会呈现黑色，因此纳米金属材料可用于制作隐形飞机上的雷达吸波材料。
3.形态各异的纳米材料
纳米镍铁合金颗粒
隐形飞机
(2)金的熔点为1 064 ℃，但2 nm尺寸金的熔点仅为327 ℃左右。
不同颗粒大小的纳米金在溶液中会呈现不同的颜色。
(3)磁流体又称磁性液体，是磁性纳米粒子的超稳定悬浮液。
1.正误判断
(1)纳米是一种属于长度为10-9 m的物质
(2)纳米材料不属于晶体，也不属于胶体
(3)纳米材料具有丁达尔效应
(4)纳米材料一定是直径在1~100 nm的颗粒
√
×
×
×
2.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=10-9m)。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。下列有关纳米粒子的叙述不正确的是
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陶瓷可发生任意弯曲，可塑性好
D.纳米粒子半径小，表面活性高
√
超分子
< 目标三 >
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。
1.超分子
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。
2.相互作用力
例如，DNA中两条分子链之间通过氢键的作用而组合在一起，细胞膜中的磷脂分子通过疏水端相互作用形成双层膜结构。
3.应用实例
(1)冠醚催化有机反应
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，从而催化反应。
KMnO4水溶液对烯烃的氧化效果较差，如图为冠醚催化高锰酸钾氧化反应的原理示意图，简要分析其原理。
KMnO4水溶液对烯烃的氧化效果较差，在烯烃中加入特定的冠醚后，冠醚能通过与K+结合而将Mn也携带进入烯烃；冠醚不与Mn结合，使游离或裸露的Mn反应活性很高，从而使氧化反应迅速发生。
(2)分子之间通过空间结构和作用力的协同所产生的某种选择性，从而实现分子识别、分子组装，促进了超分子化学研究的发展。
3.应用实例
(3)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，如具有分子识别能力的高效专业的新型催化剂，有效的新型药物，集成度高、体积小、功能强的分子器件(分子导线、分子开关、分子信息存储元件等)，生物传感器以及很多具有光、电、磁、声、热等特性的功能材料等。
3.应用实例
1.下列关于超分子的说法不正确的是
A.超分子是有机聚合物
B.超分子能表现出不同于组成超分子的单个分子的性质
C.超分子具有特定结构和功能
D.DNA是一种超分子
√
2.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Mo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)该超分子中存在的化学键类型有　　(填字母)。
A.σ键 B.π键
C.离子键 D.氢键
AB
(2)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是　　　(填元素符号)。
(3)配体p 甲酸丁酯吡啶中C原子的杂化方式有　　　　　。
C
sp3、sp2
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1.液晶最重要的用途是制造液晶显示器。下列关于液晶的说法正确的是
A.液晶是一种液态的晶体
B.所有物质在一定条件下都能成为液晶
C.施加电场时，液晶分子变成沿电场方向排列
D.移去电场后，液晶分子相互平行排列
√
2.利用超分子可分离C60和C70。将C60、C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图所示。下列说法错误的是
A.第一电离能：CB.“杯酚”分子中存在大π键
C.“杯酚”与C60之间形成氢键
D.分离流程利用的是超分子的分子识别特征
√
3.(2025·深圳实验学校阶段练)穴醚是一类可以与碱金属离子发生配位的双环或多环多齿配体，某种穴醚的键线式如图。下列说法错误的是
A.穴醚结构中除H外其余原子均满足8电子稳定结构
B.穴醚与碱金属离子之间通过离子键形成超分子
C.选取适当的穴醚，可以将不同的碱金属离子分离
D.使用穴醚可以增大某些碱金属盐在有机溶剂中的溶解度
√
4.(1)(CH3)3NH+和[AlCl4]-可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子组成，熔点低于100 ℃，其挥发性一般比有机溶剂　　(填“大”或“小”)，可用作　　(填字母)。
a.助燃剂 b.“绿色”溶剂
c.复合材料 d.绝热材料
小
b
(2)在纳米级的空间中，水的结冰温度是怎样的呢？为此，科学家对不同直径碳纳米管中水的结冰温度进行分析。如图是四种不同直径碳纳米管中的冰柱结构及结冰温度，冰柱的大小取决于碳纳米管的直径。水在碳纳米管中结冰的规律是　　　 　。
碳纳米管直径越大，结冰温度越低
本课结束
第3章

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