高中物理：2.5 晶体 新材料（含答案）

晶体　新材料
(建议用时：40分钟)
基础练
?题组一　晶体和非晶体的比较
1．下面哪些现象能说明晶体与非晶体的区别(　　)
A．食盐粒是立方体，蜂蜡无规则外形
B．金刚石的密度大，石墨的密度小
C．冰熔化时，温度保持不变，松香熔化时温度不断升高
D．石墨可导电，沥青不导电
2. (多选)如图所示，ACBD是一厚度均匀的由同一种材料构成的圆板．AB和CD是互相垂直的两条直径，把圆板从图示位置转90°后电流表读数发生了变化(两种情况下都接触良好)．关于圆板，下列说法正确的是(　　)
A．圆板是非晶体
B．圆板是多晶体
C．圆板是单晶体
D．圆板沿各个方向导电性能不同
3．(多选)固体甲和固体乙在一定压强下的熔解曲线如图所示，横轴表示时间t，纵轴表示温度T.下列判断正确的有(　　)
A．固体甲一定是晶体，固体乙一定是非晶体
B．固体甲不一定有确定的几何外形，固体乙一定没有确定的几何外形
C．在热传导方面固体甲一定表现出各向异性，固体乙一定表现出各向同性
D．固体甲和固体乙的化学成分有可能相同
4．石墨和金刚石都是由碳原子构成的晶体，它们的空间点阵不同．已知碳的摩尔质量M＝12.0 g/mol，石墨的密度ρ1＝2.25 g/cm3，金刚石的密度ρ2＝3.52 g/cm3，试求石墨和金刚石中相邻原子间的平均距离各是多少．
?题组二　晶体的微观结构及物理性质
5．晶体在熔化过程中所吸收的热量，主要用于(　　)
A．破坏空间点阵结构，增加分子动能
B．破坏空间点阵结构，增加分子势能
C．破坏空间点阵结构，减小分子势能
D．破坏空间点阵结构，增加分子势能，同时增加分子动能
6．有一块长方形的铜条，有关它的三种说法：①这是一块单晶体，因为它有规则的几何形状；②这是一块多晶体，因为它内部的分子排列是不规则的；③这是一块非晶体，因为它的物理性质是各向同性的．这三种说法中(　　)
A．①②是错的　　 B．②③是错的
C．①③是错的 D．都是错的
7．(多选)单晶体不同于非晶体，它具有规则的几何外形，在不同方向上物理性质不同，而且具有一定的熔点，下列哪些说法可以用来解释晶体的上述特性(　　)
A．组成晶体的物质微粒，在空间按一定的规律排成整齐的行列，构成特定的空间点阵
B．晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上微粒数目不同，微粒间距离也不相同
C．晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上的物质微粒的性质不同
D．晶体在熔化时吸收热量，全部用来瓦解晶体的空间点阵，转化为分子势能，因此，晶体在熔化过程中保持一定的温度不变．只有空间点阵完全被瓦解，晶体完全变为液体后，继续加热，温度才会升高
8．(多选)关于石墨和金刚石的区别，下面说法正确的是(　　)
A．石墨和金刚石都是由同种物质微粒组成但空间结构不同的晶体
B．金刚石晶体结构紧密，所以质地坚硬，石墨晶体是层状结构，所以质地松软
C．石墨和金刚石是不同物质的微粒组成的不同的晶体
D．石墨导电，金刚石不导电是由于组成它们的化学元素不同
?题组三　液晶
9．(多选)关于液晶的以下说法正确的是(　　)
A．液晶态只是物质在一定条件下才具有的存在状态
B．因为液晶在一定条件下发光，所以可以用来做显示屏
C．人体的某些组织中存在液晶结构
D．笔记本电脑的彩色显示器，是因为在液晶中掺入了少量多色性染料，液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示各种颜色
提升练
10．有关晶体与非晶体的说法正确的是(　　)
A．天然水晶熔化后再凝固形成的水晶仍然是晶体
B．晶体沿不同方向的光学性质一定是各向异性
C．多晶体是由许多单晶体组合而成的，所以有确定的几何形状
D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于其物质微粒排列结构不同
11．人们对物质的研究不断深入，对物质的了解也越来越全面，以下认知正确的是(　　)
A．因为用高倍光学显微镜我们可以看见分子，所以说物质是由分子组成的
B．物质的分子半径的数量级都是10－10m
C．同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现
D．晶体都有规则的几何形状和熔点，这是我们分辨晶体和非晶体的依据
12．关于下列四幅图中所涉及晶体微观结构及其解释的论述中，不正确的是(　　)
甲　　　　乙　　　　丙　　　　丁
A．甲图中，晶体中沿不同的方向上微粒排列的情况不同，故晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质
B．乙图为金刚石中碳原子形成一种紧密结构，相互之间作用力很强，所以金刚石十分坚硬，可制造玻璃刀和钻头
C．丙图为食盐晶体的点阵结构，晶体的许多特性都与点阵结构有关
D．丁图为液晶分子的排列示意图，液晶分子的排列会因温度、压强、摩擦等外界条件的微小变动而发生变化，由此引起液晶光学性质的改变
13. 如图所示为食盐晶体结构示意图，食盐晶体是由钠离子(图中○)和氯离子(图中●)组成的，这两种离子在空间中三个互相垂直的方向上，都是等距离地交错排列的．已知食盐的摩尔质量是58.5 g/mol，食盐的密度是2.2 g/cm3，阿伏伽德罗常数为6.0×1023 mol－1，试估算食盐晶体中两个最近的钠离子中心间的距离．
参考答案：
基础练
?题组一　晶体和非晶体的比较
1．下面哪些现象能说明晶体与非晶体的区别(　　)
A．食盐粒是立方体，蜂蜡无规则外形
B．金刚石的密度大，石墨的密度小
C．冰熔化时，温度保持不变，松香熔化时温度不断升高
D．石墨可导电，沥青不导电
C　[晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点，故C项正确；在外形上，单晶体有天然规则的几何外形，而多晶体、非晶体均没有确定的形状．其他物理性质，如密度、导电性等，不能区别晶体与非晶体．故A、B、D项错误．]
2. (多选)如图所示，ACBD是一厚度均匀的由同一种材料构成的圆板．AB和CD是互相垂直的两条直径，把圆板从图示位置转90°后电流表读数发生了变化(两种情况下都接触良好)．关于圆板，下列说法正确的是(　　)
A．圆板是非晶体
B．圆板是多晶体
C．圆板是单晶体
D．圆板沿各个方向导电性能不同
CD　[转过90°后电流表示数发生变化，说明圆板电阻的阻值发生变化，即显示各向异性，而单晶体并不是所有物理性质都显示各向异性，可对某些物理性质显示各向同性．多晶体和非晶体都显示各向同性．故C、D正确．]
3．(多选)固体甲和固体乙在一定压强下的熔解曲线如图所示，横轴表示时间t，纵轴表示温度T.下列判断正确的有(　　)
A．固体甲一定是晶体，固体乙一定是非晶体
B．固体甲不一定有确定的几何外形，固体乙一定没有确定的几何外形
C．在热传导方面固体甲一定表现出各向异性，固体乙一定表现出各向同性
D．固体甲和固体乙的化学成分有可能相同
ABD　[晶体具有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，所以固体甲一定是晶体，固体乙一定是非晶体，故A正确；固体甲若是多晶体，则不一定有确定的几何外形，固体乙是非晶体，一定没有确定的几何外形，故B正确；在热传导方面固体甲若是多晶体，则一定不表现出各向异性，固体乙一定表现出各向同性，故C错误；固体甲一定是晶体，有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体，则固体甲和固体乙的化学成分有可能相同，故D正确．故选ABD．]
4．石墨和金刚石都是由碳原子构成的晶体，它们的空间点阵不同．已知碳的摩尔质量M＝12.0 g/mol，石墨的密度ρ1＝2.25 g/cm3，金刚石的密度ρ2＝3.52 g/cm3，试求石墨和金刚石中相邻原子间的平均距离各是多少．
[解析]　从晶体的空间结构(立方体)看，两个相距最近的碳原子中心距离，也就是两个相邻碳原子中心间的平均距离，这个距离与碳分子的直径相等．
所以有·×10－6＝π，
代入数据可得
D1≈2.57×10－10 m，D2≈2.21×10－10 m.
[答案]　2.57×10－10 m　2.21×10－10 m
?题组二　晶体的微观结构及物理性质
5．晶体在熔化过程中所吸收的热量，主要用于(　　)
A．破坏空间点阵结构，增加分子动能
B．破坏空间点阵结构，增加分子势能
C．破坏空间点阵结构，减小分子势能
D．破坏空间点阵结构，增加分子势能，同时增加分子动能
B　[晶体熔化时温度保持不变，分子的平均动能不变，晶体熔化过程中吸收的热量使分子间的距离增大，全部用来增加分子的势能．因而，只有选项B正确．]
6．有一块长方形的铜条，有关它的三种说法：①这是一块单晶体，因为它有规则的几何形状；②这是一块多晶体，因为它内部的分子排列是不规则的；③这是一块非晶体，因为它的物理性质是各向同性的．这三种说法中(　　)
A．①②是错的　　 B．②③是错的
C．①③是错的 D．都是错的
D　[铜条虽具有规则的几何形状，但它是多晶体，它是由许多单晶体颗粒组合而成的，每个单晶体颗粒内部分子排列是规则的，但构成多晶体的单晶体颗粒的排列是不规则的，所以D正确．]
7．(多选)单晶体不同于非晶体，它具有规则的几何外形，在不同方向上物理性质不同，而且具有一定的熔点，下列哪些说法可以用来解释晶体的上述特性(　　)
A．组成晶体的物质微粒，在空间按一定的规律排成整齐的行列，构成特定的空间点阵
B．晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上微粒数目不同，微粒间距离也不相同
C．晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上的物质微粒的性质不同
D．晶体在熔化时吸收热量，全部用来瓦解晶体的空间点阵，转化为分子势能，因此，晶体在熔化过程中保持一定的温度不变．只有空间点阵完全被瓦解，晶体完全变为液体后，继续加热，温度才会升高
ABD　[晶体微粒构成的空间点阵是晶体有规则几何外形的原因，晶体在物理性质上的各向异性是由于空间点阵中不同方向的微粒数目不同，微粒间距离也不相同．晶体熔点的存在是由于在熔化时要吸收热量用来瓦解空间点阵，增加分子势能．熔化过程中分子的热运动的平均动能不变，即温度不变，只有当晶体全部转变为液体后温度才会继续升高，分子热运动的平均动能才会增加．]
8．(多选)关于石墨和金刚石的区别，下面说法正确的是(　　)
A．石墨和金刚石都是由同种物质微粒组成但空间结构不同的晶体
B．金刚石晶体结构紧密，所以质地坚硬，石墨晶体是层状结构，所以质地松软
C．石墨和金刚石是不同物质的微粒组成的不同的晶体
D．石墨导电，金刚石不导电是由于组成它们的化学元素不同
AB　[石墨和金刚石都是由碳原子按照不同的排列规律构成的不同晶体，A正确，C错误；金刚石中的碳原子距离相等，有很强的相互作用，因此它结构紧密、质地坚硬，而石墨中的碳原子间距离不相等，形成层状结构，其原子间距离很大，作用力较弱，因此质地松软，B正确；石墨和金刚石都是由碳原子组成的，故它们的化学性质相同，D错误．]
?题组三　液晶
9．(多选)关于液晶的以下说法正确的是(　　)
A．液晶态只是物质在一定条件下才具有的存在状态
B．因为液晶在一定条件下发光，所以可以用来做显示屏
C．人体的某些组织中存在液晶结构
D．笔记本电脑的彩色显示器，是因为在液晶中掺入了少量多色性染料，液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示各种颜色
ACD　[液晶本身不能发光，液晶态可在一定温度范围或某一浓度范围存在，人体的某些组织中存在液晶结构，液晶本身不发光，在外加电压下，对不同色光的吸收强度不同．]
提升练
10．有关晶体与非晶体的说法正确的是(　　)
A．天然水晶熔化后再凝固形成的水晶仍然是晶体
B．晶体沿不同方向的光学性质一定是各向异性
C．多晶体是由许多单晶体组合而成的，所以有确定的几何形状
D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于其物质微粒排列结构不同
D　[石英也叫天然水晶，但天然水晶在熔化再凝固后叫人造水晶，人造水晶不是晶体．故A错误；单晶体沿不同方向的光学性质是各向异性，多晶体为各向同性．故B错误；多晶体是由许许多多的细小的晶体(单晶体)无规则集合而成，没有天然的规则的几何形状．故C错误；石墨和金刚石的物理性质不同，是由于其物质微粒排列结构不同．故D正确．]
11．人们对物质的研究不断深入，对物质的了解也越来越全面，以下认知正确的是(　　)
A．因为用高倍光学显微镜我们可以看见分子，所以说物质是由分子组成的
B．物质的分子半径的数量级都是10－10m
C．同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现
D．晶体都有规则的几何形状和熔点，这是我们分辨晶体和非晶体的依据
C　[有些物质是由分子直接构成的，如水、氧气等，有些物质是由原子直接构成的，如铁、铜，有些是由离子构成的，如食盐、硫酸铜．故A错误；物质的分子半径的数量级一般是10－10m，有些大分子半径比这个值要大，故B错误；同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，如水晶和玻璃．故C正确；晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定焀点，这是我们分辨晶体和非晶体的主要依据，而不能看有无规则的几何形状．故D错误．]
12．关于下列四幅图中所涉及晶体微观结构及其解释的论述中，不正确的是(　　)
甲　　　　乙　　　　丙　　　　丁
A．甲图中，晶体中沿不同的方向上微粒排列的情况不同，故晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质
B．乙图为金刚石中碳原子形成一种紧密结构，相互之间作用力很强，所以金刚石十分坚硬，可制造玻璃刀和钻头
C．丙图为食盐晶体的点阵结构，晶体的许多特性都与点阵结构有关
D．丁图为液晶分子的排列示意图，液晶分子的排列会因温度、压强、摩擦等外界条件的微小变动而发生变化，由此引起液晶光学性质的改变
B　[晶体中沿不同的方向上微粒排列的情况不同，故晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质，A正确；乙图是石墨的结构，而非金刚石，B错误；晶体的许多特性都与点阵结构有关，C正确；温度、压力、电磁作用等可以改变液晶的光学性质，D正确．]
13. 如图所示为食盐晶体结构示意图，食盐晶体是由钠离子(图中○)和氯离子(图中●)组成的，这两种离子在空间中三个互相垂直的方向上，都是等距离地交错排列的．已知食盐的摩尔质量是58.5 g/mol，食盐的密度是2.2 g/cm3，阿伏伽德罗常数为6.0×1023 mol－1，试估算食盐晶体中两个最近的钠离子中心间的距离．
[解析]　1 mol食盐中有NA个氯离子和NA个钠离子，离子总数为2NA，因为摩尔体积V与摩尔质量M和物质密度ρ的关系为V＝，
所以一个离子所占的体积为V0＝＝，
由题图可知V0就是图中每四个离子所夹的正方体的体积，此正方体的边长d＝＝，
而最近的两个钠离子中心间的距离
r＝d＝＝
1.41× m≈4×10－10 m.
[答案]　4×10－10 m