导学同步鲁科版化学老课标选修三讲义第3章 第4节 几类其他聚集状态的物质 Word版含答案.docx

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第4节　几类其他聚集状态的物质

[学习目标定位]　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、纳米材料和等离子体等其他聚集状态，知道非晶体、液晶、纳米材料和等离子体的概念及结构与性质的关系。

一、非晶体、液晶

1．非晶体

（1）晶体与非晶体的最大区别在于物质内部的微粒能否有序地规则排列。

（2）非晶体的概念是内部原子或分子呈现杂乱无章的分布状态的固体。

玻璃、石蜡、沥青等物质内部微粒的排列是长程无序和短程有序。

它们没有晶体结构所具有的对称性、各向异性和自范性。

（3）某些非晶体的优异性能

某些非晶态合金的强度和硬度高、耐腐蚀性好；非晶态硅对阳光的吸收系数比单晶硅大得多。

2．液晶

（1）液晶的概念是物质在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性，人们形象地称这类物质为液态晶体，简称液晶。

（2）液晶在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面之所以表现出类似晶体的各向异性，是因为其内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列。

（3）在施加电压时，液晶分子能够沿电场方向排列，而在移去电场之后，液晶分子又恢复到原来的状态，这就是电子手表和笔记本电脑上数字或图像得以显示的原因。

（1）晶体与非晶体必须是固体，二者本质的区别是物质内部的微粒能否有序地规则排列。

（2）液晶为液态晶体，既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性。

例1

　玻璃是常见的非晶体，在生产、生活中有着广泛的应用，有关玻璃的说法错误的是（　　）

A．玻璃内部微粒排列是长程无序和短程有序的

B．玻璃熔化时吸热，温度不断上升

C．光纤和玻璃的主要成分都可看成SiO2，二者都是非晶体

D．利用X射线衍射实验可以鉴别玻璃和水晶

答案　C

解析　根据玻璃是非晶体知，构成玻璃的粒子的排列是长程无序和短程有序的，没有固定的熔点，A、B正确；区分晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验，D正确。

例2

　下列有关液晶的叙述中不正确的是（　　）

A．具有液体的流动性、晶体的各向异性

B．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

答案　C

解析　由液晶的定义可知液晶是物质的一种聚集状态，C错误；这种在一定温度范围内既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性的物质称为液态晶体，简称液晶，所以A正确；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，这是液晶的性质，也可以用来解释为什么可以用液晶来做液晶显示器，所以B、D都正确。

易错警示　

液晶在一定范围内既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性。

是因为其内部分子沿分子长轴方向呈现出有序排列。

二、纳米材料和等离子体

1．纳米材料

（1）纳米材料实际上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。

（2）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）纳米材料在光、声、电、磁、热、力、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，例如，纳米陶瓷有极高的硬度，并在低温下显示出良好的延展性，纳米金属则成为绝缘体，且各种金属纳米颗粒几乎都是黑色，因此纳米金属材料可用于制作隐形飞机上的雷达吸收材料。

2．等离子体

（1）等离子体是由大量带电微粒（离子、电子）和中性微粒（原子或分子）所组成的物质聚集体。

所谓等离子体就是正、负电荷总数大致相等的一堆离子。

（2）等离子体可通过高温、紫外线、X射线、γ射线等手段使气体转变为等离子体。

（3）等离子体中的微粒带有电荷且能自由运动，使等离子体有很好的导电性，加之有很高的温度和流动性，所以等离子体用途十分广泛。

例如，人们可以用等离子束来切割金属或代替手术刀进行外科手术。

（1）纳米材料由原子构成，只不过这些原子排列成了纳米量级（1～100nm）的原子团，组成为纳米材料的结构粒子。

纳米材料包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。

（2）等离子体常被称为“超气态”，是一种电离的气体，是物质的一种奇特的聚集状态，又被称为物质的第四态或等离子态。

例3

　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1～100nm的超细粒子（1nm＝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。

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

答案　A

解析　本题考查纳米材料的特点，题中涉及纳米材料这一新型材料，根据纳米粒子的大小，判断出其分散质粒子大小刚好处在胶体分散质大小的范围内，因此我们要结合胶体知识，并紧密联系题干中的有关知识进行分析、讨论。

规律总结　

纳米材料微粒直径在1～100nm之间。

例4

　科学研究表明，宇宙中90%以上的物质以等离子体状态存在，其原因是大部分发光星球的内部温度和压力都很高。

下列说法中正确的是（　　）

A．只有在宇宙发光星球上才存在等离子体

B．等离子体能吸收电磁波

C．有些难于发生的化学反应，在等离子体化学反应过程中也不能发生

D．等离子体是一种自然现象，不能人工得到

答案　B

解析　在我们周围，等离子体也常常存在，如日光灯和霓虹灯的灯管里，A项错误；等离子体因含带电微粒而能吸收电磁波，因能量很高而能使难于发生的化学反应迅速发生，B项正确，C项错误；等离子体可以通过人工得到，D项错误。

几类其他聚集状态的物质比较

聚集状态

非晶体

液晶

纳米材料

等离子体

定义

基本构成微粒的排列是长程无序和短程有序的聚集状态

在一定温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性的聚集状态

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

由大量带电微粒（离子、电子）和中性微粒（原子或分子）所组成的物质聚集体

特征

某些非晶态合金强度和硬度高、耐腐蚀性强，非晶态硅对光的吸收系数大

折射率、磁化率、电导率均表现出各向异性，液晶显示的驱动电压低、功率小

粒子细化、界面原子比例高，使纳米材料在光、声、电、磁、热、力、化学反应等方面具有特性

导电性好、高温、流动性

重要应用

制作各种容器、太阳能电池

液晶显示器、电子表、计算器、数字仪表

化妆品、涂料、食品、化纤布料、隐形飞机

切割金属、代替手术刀进行外科手术、显示器

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．等离子体的外观为气态

D．最大维度处于纳米尺度的材料叫纳米材料

答案　C

解析　食盐粉末是由细小食盐晶体组成，保持食盐晶体的结构和性质特点，不是非晶体，故A项不正确；液晶是指外观为液态，但却有晶体的特性的物质，故B项不正确；等离子体是物质在气态的基础上进一步解离产生的气态带电微粒，故C项正确；纳米材料是指至少有一维为纳米级尺度的材料，故D项不正确。

2．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

答案　A

解析　纳米材料的基本构成微粒的尺度只需至少一维处于纳米级，A项叙述错误；纳米材料是短程有序而长程无序的一种结构状态，D项叙述正确；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、C两项叙述正确。

3．等离子体的用途十分广泛，运用等离子体来切割金属或者进行外科手术，其利用了等离子体的特点是（　　）

A．微粒带有电荷B．高能量

C．基本构成微粒多样化D．准电中性

答案　B

解析　切割金属或者进行外科手术，是利用了等离子体高能量的特点。

4．关于晶体和非晶体的叙述中错误的是（　　）

A．是物质的一种聚集状态

B．金属形成的合金也有非晶体

C．非晶体材料的所有性能都优于晶体材料

D．某个固体在不同方向上的物理性质相同，它不一定是非晶体

答案　C

解析　固体在不同方向上的物理性质相同，该固体可能是非晶体，也可能是其他类型聚集状态的物质，如纳米材料。

非晶体材料常常表现出一些优异性能，但并不能说所有性能都优于晶体。

5．下列关于物质特殊聚集状态的叙述中，错误的是（　　）

A．在电场存在的情况下，液晶分子沿着电场方向有序排列

B．非晶体的内部原子或分子的排列杂乱无章

C．液晶最重要的用途是制造液晶显示器

D．由纳米粒子构成的纳米陶瓷有极高的硬度，但低温下不具有优良的延展性

答案　D

解析　纳米粒子构成的纳米陶瓷在低温下具有良好的延展性。

题组1　非晶体与液晶

1．下列有关非晶体的描述不正确的是（　　）

A．非晶体和晶体均呈固态

B．非晶体内部的微粒是长程无序和短程有序的

C．非晶体结构无对称性、各向异性和自范性

D．非晶体合金的硬度和强度一定比晶体合金的小

答案　D

解析　晶体和非晶体均呈固态，A项正确；晶体与非晶体的最大区别在于物质内部的微粒是否有序地规则排列。

晶体之所以在合适的条件下可以自发地形成规则的几何外形，是因为其内部微粒在空间按一定规律做周期性重复排列而表现出长程有序，而非晶体内部的微粒是长程无序而短程有序，由于非晶体内部的微粒不能按一定规律做周期性重复排列，因而非晶体结构无对称性、各向异性和自范性，故B、C项均正确；非晶体材料常常表现出一些优异的性能。

例如，某些非晶态合金的强度和硬度比相应晶态合金的强度和硬度高5～10倍，故D项不正确。

2．关于液晶，下列说法中正确的有（　　）

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

答案　D

解析　本题考查液晶的结构和性质。

液晶的微观结构介于晶体和液体之间，虽然液晶分子在特定方向的排列比较整齐，且具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，选项A、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。

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，选项D正确。

3．某个固体在不同方向上的物理性质是相同的，那么它（　　）

A．一定是晶体B．一定是非晶体

C．一定是多晶体D．不一定是非晶体

答案　D

解析　晶体具有各向异性，A选项错误；固体在不同方向上的物理性质相同，该固体可能是非晶体，也可能是其他类型聚集状态的物质，如纳米材料。

综上所述，只有D选项合理。

4．下列物质的聚集状态属于晶体的是（　　）

A．立方体形的食盐颗粒B．长方体形的玻璃

C．固体沥青D．纳米材料

答案　A

解析　立方体形的NaCl属于晶体，它是通过结晶过程形成的长程有序的结构，故A正确；长方体形的玻璃只是将玻璃熔化后加工而成，其内部质点不是按一定规律有序排列的，所以不是晶体，B不正确；沥青是非晶体，C不正确；纳米材料是与晶体、非晶体均不同的结构状态，D不正确。

5．水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。

它是由液态水急速冷却到165K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．玻璃态水中氢键与冰不同

D．玻璃态水是分子晶体

答案　C

解析　由于玻璃态的水与普通水密度相同，水由液态变为玻璃态时，体积不变，A、B不正确；玻璃态水中氢键与冰中不相同，冰中水分子间因氢键的形成而出现空洞造成体积膨胀，C正确；玻璃态水不属于晶体，D不正确。

题组2　纳米材料与等离子体

6．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界面两部分

B．纳米材料属于晶体

C．纳米材料属于非晶体

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

答案　A

解析　组成纳米材料的晶状颗粒内部的有序原子与晶粒界面的无序原子各约占原子总数的50%，从而形成与晶体、非晶体均不同的一种新的结构状态；同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体具有差别很大的性质，如金的常规熔点为1064℃，但2nm尺寸的金的熔点仅为327℃左右。

7．前不久我国科学家成功合成了3nm长的管状定向碳纳米管，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

）、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．碳纤维复合材料为高分子化合物

答案　D

解析　纳米材料有其独特的功能，一般飞机是用钢铁制造的，由于碳纤维的强度高、刚度高、密度小，它也可以是制造飞机的理想材料；碳纤维复合材料的主要组成元素是碳，性质稳定，抗腐蚀能力强。

8．下列关于等离子体的叙述正确的是（　　）

A．等离子体性质稳定，不易发生化学反应

B．为了使气体变成等离子体，必须使其通电

C．等离子体通过电场时所有粒子的运动方向都发生改变

D．物质一般有固态、液态和气态三态，等离子体被认为是物质存在的第四态

答案　D

解析　等离子体性质活泼，可发生一般条件下无法进行的化学反应，故A项错；除高温外，通过紫外线、X射线和γ射线等手段都能使气体转化为等离子体，故B项错；等离子体中也存在中性微粒，通过电场时运动方向不发生改变，故C项错。

9．有关等离子体的说法不正确的是（　　）

A．等离子体内部全部是带电荷的微粒

B．等离子体正、负电荷数大致相等

C．等离子体具有很好的导电性

D．等离子体的用途之一是可以制造等离子体显示器

答案　A

解析　等离子体中有带电微粒，也有中性微粒，A错误；等离子体总体来看正、负电荷数大致相等，呈准电中性，B正确；等离子体中的微粒带有电荷且能自由运动，使等离子体有很好的导电性，C正确；如等离子电视就是运用等离子体显示技术制造的，D正确。

10．下列各项与等离子体无关的是（　　）

A．等离子电视B．日光灯和霓虹灯

C．宇宙中发光的星球D．液晶显示器

答案　D

解析　本题考查等离子体的存在及用途。

我们周围有很多地方存在等离子体，如日光灯、霓虹灯的灯管里等；在广袤无垠的宇宙中，大部分发光的星球，它们内部的温度和压力都极高，这些星球内部的物质几乎都处于等离子态；等离子电视就是采用的等离子显示器。

题组3　物质聚集状态的综合考查

11．下列关于物质特殊聚集状态结构的叙述中错误的是（　　）

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的

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，两部分都是长程有序的

答案　D

12．下列说法符合科学性的是（　　）

A．某厂生产的食盐有益于人体健康，它是纳米材料，易吸收、易消化

B．某厂生产的食盐，处于液晶状态，是日常生活中不可缺少的物质

C．金的常规熔点为1064℃，但2nm尺寸金的熔点仅为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

答案　D

解析　食盐易溶于水，故易被吸收，与其原始状态无关，A错误；食盐通常处于晶体状态，而不是处于液晶状态，B错误；纳米材料不同于一般的晶体、非晶体，C错误。

13．请回答下列问题。

（1）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。

纳米材料与________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，如下图，这种马达分子将来可用于消除体内垃圾。

①该图是马达分子的________模型。

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。

③纳米产品以其优异的性能令人向往，下列关于纳米产品的说法中错误的是________（填字母）。

a．现代家庭普遍使用的电冰箱大多数是“纳米冰箱”，它耗电少且无污染

b．现代商场里的高档衣服都是“纳米衣服”，它冬暖夏凉且无污染

c．专供幼儿、学生饮用的“营养强化牛奶”是“纳米牛奶”，它能增强记忆力

答案　

（1）胶体　

（2）①球棍　②碳　30　③abc

解析　胶体是分散质粒子直径为1～100nm的分散系。

根据我们的生活经验判断，现在市面上还没有或极少有纳米生活用品。

14．

（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

（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。

下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___________________________。

答案　

（1）小　b　

（2）碳纳米管直径越大，结冰温度越低

解析　

（1）由（CH3）3NH＋和[AlCl4]－形成的离子液体，阴、阳离子间的作用力肯定大于有机溶剂分子间的范德华力，因此其挥发性一般比有机溶剂小；该离子液体中不含氧，则其不助燃，属于无机物，一般不能用作复合材料；由阴、阳离子形成的离子液体，应该具有导热性，不可能用作绝热材料。

（2）由题图可知，随着碳纳米管直径的增大，结冰温度依次为27℃、7℃、－53℃、－83℃，即碳纳米管直径越大，结冰温度越低。

15．X、Y、Z、Q、W为按原子序数由小到大排列的五种短周期元素，已知：

①X元素与Q处于同一主族，其原子价电子排布式都为ns2np2，且X原子半径小于Q的原子半径；

②Y元素是地壳中含量最多的元素；W元素的电负性略小于Y元素；在W原子的电子排布中p轨道上只有1个未成对电子；

③Z元素的电离能数据见下表（kJ·mol－1）：

I1

I2

I3

I4

……

496

4562

6912

9540

……

请回答下列问题：

（1）XY2分子空间构型为________________。

QX的晶体结构与金刚石的相似，其中X原子的杂化方式为__________，微粒间存在的作用力是______________。

（2）晶体ZW的熔点比晶体XW4明显高的原因是___________________________

________________________________________________________________________。

（3）氧化物MO的电子总数与QX的相等，则M为_______________（填元素符号）。

MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与ZW晶体相似。

MO的熔点比CaO的高，其原因是________________________________________________________________________。

答案　

（1）直线形　sp3杂化　共价键　

（2）NaCl为离子晶体，CCl4为分子晶体　（3）Mg　Mg2＋半径比Ca2＋半径小，MgO晶格能大

解析　X为C，Y为O，Z为Na，Q为Si，W为Cl。