PAGE8-液晶、納米材料與超分子(40分鐘70分)一、選擇題(本題包括7小題,每小題5分,共35分)1.(2024·泰安高二檢測)玻璃是常見的非晶體,在生產、生活中有著廣泛的應用,有關玻璃的說法錯誤的是 ()A.玻璃內部微粒排列是長程無序和短程有序的B.玻璃熔化時吸熱,溫度不斷上升C.光纖和玻璃的主要成分都可看成SiO2,二者都是非晶體D.利用X射線衍射試驗可以鑒別玻璃和水晶【解析】選C。依據玻璃是非晶體知,構成玻璃的粒子的排列是長程無序和短程有序的,沒有固定的熔點,A、B正確;區分晶體與非晶體最科學的方法是對固體進行X射線衍射試驗,D正確。2.下列有關液晶的敘述中不正確的是 ()A.具有液體的流淌性、晶體的各向異性B.制造液晶顯示器C.不是物質的一種聚集狀態D.液晶分子聚集在一起時,其分子間的相互作用很簡潔受溫度、壓力和電場的影響【解析】選C。由液晶的定義可知液晶是物質的一種聚集狀態,C錯誤;這種在確定溫度范圍內存在的液體既具有液體的流淌性,又具有晶體的各向異性,這種液體稱為液態晶體,簡稱液晶,這是液晶的定義,所以A正確;液晶分子聚集在一起時,其分子間的相互作用很簡潔受溫度、壓力和電場的影響,這是液晶的性質,也可以用來說明為什么可以用液晶來做液晶顯示器,所以B、D都正確。3.(2024·大連高二檢測)納米材料的表面粒子數占總粒子數的比例極大,這是它具有很多特別性質的緣由。假設某納米顆粒的大小和形態恰好與某晶體晶胞的大小和形態(如圖)相同,則這種納米顆粒的表面粒子數占總粒子數的百分數為 ()A.87.5%B.88.9%C.96.3%D.100%【解析】選B。表面粒子數占總粒子數的百分數為×100%=88.9%。4.下列敘述正確的是 ()A.食鹽粉末為非晶體B.液體與晶體混合物叫液晶C.超分子就是兩個或多個分子“組合”在一起形成的具有特定結構和功能的聚集體D.最大維度處于納米尺度的材料叫納米材料【解析】選C。食鹽粉末是由細小食鹽晶體組成,保持食鹽晶體的結構和性質特點,不是非晶體,故A項不正確;液晶是指外觀為液態,但卻有晶體的特性的物質,故B項不正確;超分子就是兩個或多個分子“組合”在一起形成的具有特定結構和功能的聚集體,故C項正確;納米材料是指至少有一維為納米級尺度的材料,故D項不正確。5.(2024·邢臺高二檢測)下列關于物質特別聚集狀態的敘述中,錯誤的是 ()A.在電場存在的狀況下,液晶分子沿著電場方向有序排列B.非晶體的內部原子或分子的排列雜亂無章C.液晶最重要的用途是制造液晶顯示器D.由納米粒子構成的納米陶瓷有極高的硬度,但低溫下不具有優良的延展性【解析】選D。納米粒子構成的納米陶瓷在低溫下具有良好的延展性。6.(2024·福州高二檢測)2024年諾貝爾化學獎授予在合成分子機器領域做出貢獻的三位科學家。分子機器是一種特別的超分子體系,當體系受到外在刺激(如pH變更、汲取光子、電子得失等)時,分子組分間原有作用被破壞,各組分間發生類似于機械運動的某種熱運動。下列說法不正確的是 ()A.驅動分子機器時,須要對體系輸入確定的能量B.分子狀態的變更會伴隨能量變更,屬于化學變更C.氧化還原反應有可能是刺激分子機器體系的因素之一D.光照有可能使分子產生類似于機械運動的某種熱運動【解析】選B。須要對體系輸入確定的能量,才能驅動分子機器,故A正確;分子狀態的變更是物態變更,屬于物理變更,故B錯誤;電子的得失是氧化還原反應的本質,則發生氧化還原反應時可刺激分子機器體系,故C正確;光照可使光能轉化為機械能,即光照能使分子產生類似于機械運動的某種熱運動,故D正確。【補償訓練】(2024·石家莊高二檢測)下列說法符合科學性的是 ()A.我廠生產的食鹽對人體有益,它是納米材料,易汲取、易消化B.我廠生產的食鹽,處于液晶狀態,是你日常生活中不行缺少的物質,它是特別純凈的非晶體C.金的常規熔點約為1064℃,而制成2nm尺寸的金的熔點只有327℃左右,所以納米金屬于分子晶體D.液晶是一種具有晶體性質的特別物質,可用于制造顯示器【解析】選D。A、B是錯誤的,食鹽易溶于水,溶解前處于什么狀態與溶解、汲取無多大關系,只是溶解的快慢問題。通常食鹽處于晶體狀態,不是處于液晶狀態。納米材料不同于一般的晶體、非晶體,所以C也是錯誤的。7.納米是長度單位,1nm等于1×10-9m,物質的顆粒達到納米級時,具有特別的性質。如將單質銅制成“納米銅”時,“納米銅”具有特別強的化學活性,可以在空氣中燃燒。下列對“納米銅”的有關敘述正確的是 ()A.常溫下,“納米銅”比銅片的金屬性強B.常溫下,“納米銅”比銅片更易失電子C.常溫下,“納米銅”與銅片的還原性相同D.常溫下,“納米銅”比銅片的氧化性強【解析】選B。“納米銅”能在空氣中燃燒,說明比銅片活潑,即比銅片更易失電子,比銅片還原性強;銅片和“納米銅”均為銅單質,故金屬性相同。二、非選擇題(本題包括3小題,共35分)8.(10分)(1)(CH3)3NH+和[AlCl4]-可形成離子液體。離子液體由陰、陽離子組成,熔點低于100℃,其揮發性一般比有機溶劑________(填“大”或“小”),可用作________(填字母)。

a.助燃劑 b.“綠色”溶劑c.復合材料 d.絕熱材料(2)在納米級的空間中,水的結冰溫度是怎樣的呢?為此,科學家對不同直徑碳納米管中水的結冰溫度進行分析。下圖是四種不同直徑碳納米管中的冰柱結構及結冰溫度,冰柱的大小取決于碳納米管的直徑。水在碳納米管中結冰的規律是

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【解析】(1)由(CH3)3NH+和[AlCl4]-形成的離子液體,陰、陽離子間的作用力確定大于有機溶劑分子間的范德華力,因此其揮發性一般比有機溶劑小;該離子液體中不含氧,則其不助燃,屬于無機物,一般不能用作復合材料;由陰、陽離子形成的離子液體,應當具有導熱性,不行能用作絕熱材料。(2)由題圖可知,隨著碳納米管直徑的增大,結冰溫度依次為27℃、7℃、-53℃、-83℃,即碳納米管直徑越大,結冰溫度越低。答案:(1)小b(2)碳納米管直徑越大,結冰溫度越低9.(10分)科學的進步離不開技術的突破。原子光譜核磁共振、X射線衍射、量子計算等技術的發展與應用都推動了結構的探討。如過渡元素原子結構、超分子結構、晶體結構、協作物結構探討等。胍鎓離子[C(NH2]可以與甲基磺酸根(CH3S)形成超分子晶體,其局部結構如圖所示。(1)組成該晶體的元素中電負性最大的是________,其中S的雜化類型為________。

(2)元素C、N、S的簡潔氫化物在水中的溶解度從小到大的依次為________,緣由是__

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【解析】(1)電負性最大的元素為O元素,S形成了4個σ鍵,依據價層電子對互斥模型推斷S為sp3雜化。(2)水為極性溶劑,CH4為非極性分子,NH3、H2S均為極性分子,且NH3能與水形成氫鍵,再結合相像相溶原理可以推斷C、N、S的簡潔氫化物在水中的溶解度從小到大為CH4<H2S<NH3。答案:(1)Osp3(2)CH4<H2S<NH3CH4為非極性分子,NH3、H2S均為極性分子,且NH3能與水形成氫鍵10.(15分)(2024·蘭州高二檢測)超分子化學已漸漸擴展到化學的各個分支,還擴展到生命科學和物理學等領域。由Mo將2個C60分子、2個p-甲酸丁酯吡啶及2個CO分子利用配位鍵組裝的超分子結構如圖所示。(1)Mo處于第五周期第ⅥB族,核外電子排布與Cr相像,它的基態價電子排布式是________;核外未成對電子數是________個。

(2)該超分子中存在的化學鍵類型有________。

A.σ鍵B.π鍵C.離子鍵D.氫鍵(3)該超分子中配體CO供應孤電子對的原子是________(填元素符號),p-甲酸丁酯吡啶配體中C原子的雜化方式有________。

(4)從電負性角度說明CF3COOH的酸性強于CH3COOH的緣由

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(5)C60與金剛石互為同素異形體,從結構與性質之間的關系說明C60的熔點遠低于金剛石的緣由是

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(6)已知:某晶胞中各原子的相對位置可用如圖所示的原子坐標表示,其中全部頂點原子坐標均為(0,0,0)。鉬(Mo)的一種立方晶系的晶體結構中,每個晶胞有2個Mo原子,其中Mo原子坐標是(0,0,0)及(1/2,1/2,1/2)。已知該晶體的密度是ρg·cm-3,Mo的摩爾質量是Mg·mol-1,阿伏加德羅常數是NA,晶體中距離最近的Mo原子核之間的距離為________pm。

【解析】(1)Cr的基態價電子分布為3d54s1,而Mo與Cr同主族,但比Cr多了一周期,因而基態價電子排布為4d55s1,用軌道電子排布表示為,因而核外未成對的電子為6個。(2)視察該超分子結構有雙鍵,說明有σ鍵和π鍵,分子中不存在離子鍵,依據信息Mo形成配位鍵,因而答案選AB。(3)CO作配體時是C作配位原子,氧把孤對電子給了碳,碳變成富電子中心,有供應電子對形成配位鍵的實力,p-甲酸丁酯吡啶中碳原子有形成雙鍵,說明其雜化方式為sp2,在丁基中C原子形成四個單鍵為sp3雜化。(4)F的電負性強于H,對電子的吸引實力強,使共用電子對偏向F,使氧氫鍵較易斷裂,因此CF3COOH酸性強于CH3COOH。(5)依據不同晶體類型的性質不同來說明:C60是分子晶體,金剛石是共價晶體,共價晶體熔化時破壞的共價鍵所需的能量遠高于分子晶體熔化時破壞的分子間作用力。(6)Mo的一種立方晶系的晶體結構中,以(0,0,0)Mo原子為中心,那么與之最近的Mo原子有8個,分別是(1/2,1/2,1/2),(-1/2,1/2,1/2),(1/2,-1/2,1/2)等等,先計算出立方的棱長,每個晶胞中含有2個Mo原子,晶胞體積V=cm3,所以立方棱長a==cm,最近的兩個原子坐標為(0,0,0)和(1/2,1/2,1/2),依據比例關系,原子最近真實距離等于××1010pm。答案:(1)4d55s16(2)AB(3)Csp2和sp3(4)F的電負性強于H,對電子的吸引實力強,使共用電子對偏向F,使氧氫鍵較易斷裂,因此酸性強于CH3COOH(5)C60是分子晶體,金剛石是共價晶體,共價晶體熔化時破壞的共價鍵所需的能量遠高于分子晶體熔化時破壞的分子間作用力(6)××1010(20分鐘30分)一、選擇題(本題包括2小題,每小題8分,共16分)11.(2024·赤峰高二檢測)擬晶是一種具有凸多面體規則外形但不同于晶體的固態物質。Al65Cu23Fe12是目前發覺的幾百種擬晶之一,具有合金的某些優良物理性能。下列有關該擬晶的說法中錯誤的是 ()A.Al65Cu23Fe12可用作長期浸泡在海水中的材料B.Al65Cu23Fe12中三種金屬的化合價均可視為零C.Al65Cu23Fe12的硬度可能比金屬Al、Cu、Fe都大D.1molAl65Cu23Fe12溶于過量的硝酸時共失去277mol電子【解析】選A。依據題意,該擬晶具有合金的某些優良物理性能,因此其硬度可能比金屬Al、Cu、Fe都大。Al65Cu23Fe12與海水構成原電池,會加速金屬的腐蝕,因此不行用作長期浸泡在海水中的材料。1molAl65Cu23Fe12溶于過量的硝酸時共失去277mol電子(因為硝酸過量,每個鐵原子失去3個電子)。12.我國科學家勝利合成了3nm長的管狀定向碳納米管,長度居世界之首。這種碳纖維具有強度高、剛度(反抗變形的實力)高、密度小(只有鋼的)、熔點高、化學性質穩定性好的特點,因而被稱為“超級纖維”。下列對碳纖維的說法不正確的是 ()A.它是制造飛機的志向材料B.它的主要組成元素是碳C.它的抗腐蝕實力強D.碳纖維復合材料為高分子化合物【解析】選D。納米材料有其獨特的功能,一般飛機是用鋼鐵制造的,由于碳纖維的強度高、剛度高、密度小,它也可以是制造飛機的志向材料;碳纖維復合材料的主要組成元素是碳,性質穩定,抗腐蝕實力強。二、非選擇題(本題包括1小題,共14分)13.(2024·濟南高二檢測)納米技術制成的金屬燃料、非金屬固體燃料、氫氣等已應用到社會生活和高科技領域。(1)A和B的單質單位質量的燃燒熱大,可用作燃料。已知A和B為短周期元素,其原子的第一至第四電離能如下表所示:電離能/(kJ·mol-1)I1I2I3I4A93218211539021771B7381451773310540某同學依據上述信息,推斷B的軌道表示式如下圖所示:①該同學所畫的軌道表示式違反了________。

②依據價層電子對互斥理論,預料A和氯元素形成的簡潔分子空間構型為________。

(2)氫氣作為一種清潔能源,必需解決它的儲存問題,C60可用作儲氫材料。①科學家把C60和K摻雜在一起制造了一種富勒烯化合物,其晶胞如圖所示,該物質在低溫時是一種超導體。該物質的K原子和C60分子的個數比為____________。

②繼C60后,科學家又合成了Si60、N60,C、Si、N原子電負性由大到小的依次是______________。

Si60分子中每個硅原子只跟相鄰的3個硅原子形成共價鍵,且每個硅原子最外層都滿意8電子穩定結構,則1個Si60分子中π鍵的數目為____________。

【解析】(1)①依據兩原子的第一至第四電離能的變更可以推斷出A為鈹,B為鎂,鎂原子的核外電子排布式為1s22s22p63s2,可見題給軌道表示式的電子排布違反了能量最低原理。②氯化鈹分子中鈹原子只形成2個共價鍵,依據價層電子對互斥理論,其分子的空間構型