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4．固体
第二章 气体、固体和液体
整体感知·自我新知初探
[学习任务] 任务1．知道固体分为晶体和非晶体两大类，知道它们物理性质的区别。
任务2．知道晶体分为单晶体和多晶体，知道它们物理性质的异同。
任务3．了解晶体的微观结构，知道晶体的微观结构决定了晶体的宏观性质。
[问题初探] 问题1．观察食盐颗粒和松香的外观，它们的外形各有怎样的特征？
问题2．晶体的熔点是确定的吗？
问题3．所有的晶体在任何性质上都呈现各向异性吗？
[思维导图]
探究重构·关键能力达成
[链接教材] 观察食盐颗粒和松香的外形，它们的外形各有怎样的特征？若把食盐颗粒研磨成粉末破坏其外形，
用显微镜观察，你有什么发现？
知识点一 晶体和非晶体
提示：食盐颗粒呈现立方体外形，松香颗粒没有规则的几何外形。把食盐颗粒研磨成粉末，其仍保持规则的外形。
1．我们常见的固体，有些是____，有些是______两类。石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等是____，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是______。
2．单晶体具有____的几何形状，多晶体和非晶体没有____的几何形状，我们在初中已经学过，晶体______的熔点，非晶体________的熔点。
晶体
非晶体
晶体
非晶体
确定
确定
有确定
没有确定
3．有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这类现象称为________。非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，这叫作________。由于多晶体是许多______杂乱无章地组合而成的，所以多晶体是________的。
[微提醒] 具有各向异性的一定是单晶体，具有各向同性的则可能是非晶体，也有可能是多晶体。
各向异性
各向同性
单晶体
各向同性
图甲是生活中常见的几种晶体，图乙是生活中常见的几种非晶体。
问题1．晶体与非晶体在外观上有什么不同？
问题2．没有规则几何外形的固体一定是非晶体吗？
问题3．某固体物质，若其各向导热性能不同，则该物质一定是单晶体吗？
提示：1．单晶体有天然规则的几何外形，多晶体和非晶体无天然规则的几何外形。
2．不是。由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体也没有天然规则的几何外形。
3．一定是单晶体。这是因为固体中只有单晶体才具有各向异性。
1．单晶体、多晶体及非晶体的异同比较
分类 宏观表现 物理性质
晶体 单晶体 有天然、规则的几何形状 各向异性 有确定的熔点
多晶体 没有天然、规则的几何形状 各向同性
非晶体 没有确定的熔化温度
2．对单晶体的各向异性的理解
(1)单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上的物理性质不同，也就是沿不同方向去测试单晶体的物理性能时，测试结果不同。
通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、磁性等。
(2)单晶体具有各向异性，并不是说每一种单晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性，举例如下：
①云母晶体在导热性能上表现出显著的各向异性——沿不同方向传热的快慢不同。
②方铅矿石晶体在导电性能上表现出显著的各向异性——沿不同方向电阻率不同。
③立方体形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性——沿不同方向的弹性不同。
④方解石晶体在光的折射上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同。
【典例1】 (晶体和非晶体)江苏省东海县是世界天然水晶原料集散地，有着“世界水晶之都”的美誉。天然的水晶具有规则的几何外形，如图所示。关于天然水晶，下列说法正确的是( )
A．具有规则的几何外形，但是没有固定的熔点
B．微观粒子的空间排列不规则
C．在熔化过程中分子平均动能不变
D．在光学性质上表现为各向同性
√
C [水晶是晶体，具有规则的几何外形，有固定的熔点，A错误；水晶是晶体，微观粒子的空间排列规则，B错误；水晶是晶体，有固定的熔点，在熔化过程中温度不变，分子平均动能不变，C正确；水晶是晶体，在光学性质上表现为各向异性，D错误。故选C。]
【典例2】 (单晶体、多晶体和非晶体的辨别)在甲、乙、丙三种固体薄片上薄薄地涂上石蜡，用烧热的针尖分别接触它们的背面，石蜡熔化区域的形状如图(a)所示；另外甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(b)所示，则( )
A．甲、乙是非晶体，丙是晶体
B．甲、丙是非晶体，乙是晶体
C．甲、丙是多晶体，乙是晶体
D．甲是多晶体，乙是非晶体，丙是单晶体
√
D [单晶体具有各向异性，非晶体和多晶体具有各向同性，丙表面石蜡熔化区域的形状是椭圆形，说明沿不同方向丙的导热性能不同，甲、乙表面石蜡熔化区域的形状是圆形，说明甲、乙具有各向同性，因此丙为单晶体，甲、乙可能是多晶体或非晶体；根据温度随加热时间变化的关系，可知甲、丙为晶体，乙是非晶体，选项D正确。]
[链接教材] 如图碳原子按照不同规则在空间分布，形成石墨和金刚石。
知识点二 晶体的微观结构
请思考：石墨和金刚石都是由碳原子组成的，为什么石墨很软，而金刚石却很坚硬呢？
提示：石墨层与层之间的碳原子间的作用力比较弱，而金刚石中碳原子间的作用力很强，所以石墨很松软，而金刚石很坚硬。
1．规则性：在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的____排列的，具有______的周期性。
2．变化或转化
在不同条件下，同种物质的微粒按照________在空间排列，可以生成不同的晶体，例如石墨和金刚石。有些晶体____________可以转化为非晶体，例如天然石英晶体熔化以后再凝固就变成了石英玻璃，而石英玻璃是非晶体。
规则
空间上
不同规则
在一定条件下
如图所示是一个平面上晶体微粒排列的情况。
问题 请观察沿不同方向单位长度上微粒的数目是否相同，并思考引起晶体各向异性的原因。
提示：沿不同方向单位长度上微粒的数目不相同，单晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况不一样，所以单晶体在物理性质上表现为各向异性。
1．晶体的微观结构及特点
(1)组成晶体的微粒(分子、原子或离子)，依照一定的规则在空间整齐地排列。
(2)晶体中微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以使它们克服相互作用而远离。
(3)微粒的热运动表现为在平衡位置附近不停地做微小的振动。
2．物质的微观结构决定其宏观物理性质，改变物质的微观结构可以改变物质的属性，如碳原子可以组成性质差别很大的石墨和金刚石，有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。
【典例3】 (晶体的微观结构)晶体内部的分子有序排列为如图所示的空间点阵(图中的小黑点表示晶体分子)，图中AB、AC、AD为等长的三条线段。下列说法正确的是( )
A．A处的晶体分子可以沿三条线段发生定向移动
B．三条线段上晶体分子的数目相同，表明晶体
的物理性质是各向同性的
C．三条线段上晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性的
D．将其加热熔化后，仍有各向异性
√
C [晶体中的分子只在平衡位置附近振动，不会沿三条线段发生定向移动，A错误；三条线段上晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性的，B错误，C正确；晶体加热熔化，分子的规则排列被破坏，不具有各向异性，D错误。]
【典例4】 (晶体的微观结构)2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小，最终找到了厚度只有0.34 nm的石墨烯。石墨烯是碳的二维结构，石墨、石墨烯的微观结构如图所示。根据以上信息和已学知识可知，下列说法正确的是( )
A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体
B．石墨是单晶体，石墨烯是多晶体
C．石墨的物理性质表现为各向异性，
石墨烯的物理性质表现为各向同性
D．他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的
√
D [石墨、石墨烯都是单晶体，石墨与石墨烯都是碳元素的单质，它们互为同素异形体，故A、B错误；石墨、石墨烯的物理性质都表现为各向异性，故C错误；他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的，故D正确。]
应用迁移·随堂评估自测
1．随着科技的发展，国家对晶体材料的研究也越来越深入，尤其是对稀土晶体的研究，已经走在了世界的前列。关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )
A．晶体都有天然的规则的几何外形，非晶体则没有天然的规则的几何外形
B．同种物质不可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现
C．单晶体具有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点
D．多晶体是由单晶体组合而成的，但单晶体表现为各向异性，多晶体表现为各向同性
√
2
4
3
题号
1
D [单晶体有天然的规则的几何外形，多晶体和非晶体则没有天然的规则的几何外形，A错误；同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，如天然石英与石英玻璃，B错误；单晶体和多晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，C错误；多晶体是由单晶体组合而成的，单晶体的某些物理性质表现为各向异性，多晶体和非晶体的物理性质表现为各向同性，D正确。]
2
4
3
题号
1
2．(多选)单晶体不同于非晶体，它具有天然的规则的几何形状和各向异性，并且具有固定的熔点，下列哪些说法可以用来解释单晶体的上述特性( )
A．组成单晶体的微粒在空间按一定的规律排列着，构成特定的空间点阵
B．单晶体具有各向异性，是由于空间点阵中不同方向上微粒数目不同，微粒间距离也不相同
C．单晶体具有各向异性，是由于空间点阵中不同方向上的微粒的性质不同
D．单晶体在熔化时吸收的热量，全部用来瓦解空间点阵，因此，单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，单晶体完全变为液体后，温度才会升高
2
3
题号
1
4
√
√
√
ABD [单晶体内部的微粒构成特定的空间点阵是单晶体有天然规则几何形状的原因，单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上的微粒数目不同，微粒间距离也不相同。晶体熔点的存在是由于晶体在熔化时要吸收热量用来瓦解空间点阵，增加分子势能，熔化过程中分子热运动的平均动能不变，即温度不变，只有当晶体全部熔化变为液体后，温度才会升高，分子热运动的平均动能才会增加。故选项A、B、D正确。]
2
3
题号
1
4
3．北京冬奥会的雪花形主火炬(图甲)的创意展现中国智慧，符合科学事实(图乙)，实际上雪花的形态有很多种(图丙)。关于雪花的下列说法正确的是( )
A．雪花是非晶体
B．雪花具有各向异性
C．0 ℃雪花的水分子的平均动能比0 ℃液态水分子的小
D．雪花漫天飞舞可以作为雪花分子在做无规则运动的证据
2
3
题号
4
1
√
B [根据雪花具有形状规则的几何形状，且雪花在熔化时，吸收热量温度不变，具有确定的熔点，所以雪花是单晶体，则单晶体具有各向异性的物理性质，A错误，B正确；平均动能与温度有关系，故0 ℃雪花的水分子的平均动能与0 ℃液态水分子的相同，C错误；雪花是固体颗粒，飞舞时，是宏观上的机械运动，不能说明分子在做无规则运动，D错误。故选B。]
2
3
题号
4
1
4．小华为了检验一块薄片是否为晶体，他以薄片中央O点为圆心，画出一个圆，A、B为圆上两点，将一个针状热源放在O点，如图所示( )
A．若A、B两点的温度变化不同，则薄片一定为晶体
B．若A、B两点的温度变化不同，则薄片一定为非晶体
C．若A、B两点的温度变化相同，则薄片一定为晶体
D．若A、B两点的温度变化相同，则薄片一定为非晶体
2
4
3
题号
1
√
A [若A、B两点的温度变化不同，说明薄片具有各向异性，则薄片一定为晶体，故A正确，B错误；若A、B两点的温度变化相同，说明薄片具有各向同性，而根据晶体与非晶体的特性规律，单晶体具有各向异性，但不是每一种单晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性，非晶体与多晶体具有各向同性，因此，薄片既有可能为非晶体，也有可能为多晶体或单晶体。故C、D错误。故选A。]
2
4
3
题号
1
回归本节知识，完成以下问题：
1．单晶体有哪些主要的特征？
提示：①天然规则外形；②物理性质各向异性；③具有确定的熔点。
2．单晶体、多晶体在物理性质上的主要区别是什么？
提示：单晶体具有各向异性；多晶体具有各向同性。
3．区分晶体和非晶体常用什么方法？
提示：看有无确定的熔点。
阅读材料·拓宽物理视野
新材料
1．纳米晶体
纳米晶体指纳米尺寸的晶体材料，或具有晶体结构的纳米颗粒。纳米晶体具有很重要的研究价值。纳米晶体的电学和热力学性质显现出很强的尺寸依赖性，从而可以通过细致的制造过程来控制这些性质。纳米晶体能够提供单体的晶体结构，通过研究这些单体的晶体结构可以提供信息来解释相似材料的宏观样品的行为，而不用考虑复杂的晶界和其他晶体缺陷。纳米晶体材料在能源、环保、通信、航空航天、医疗、日常生活等领域都有很多重要的应用。
2．石墨烯
石墨烯是人们发现的第一种由单层原子构成的材料，碳原子之间相互连接成六角网络结构。单层厚度仅为0.335 nm。2010年的诺贝尔物理学奖授予了安德烈·海姆与康斯坦丁·诺沃肖洛夫两人，以表彰他们对石墨烯的开创性实验研究。
石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，有很好的韧性，可制作传感器、晶体管，石墨烯的发展前景备受瞩目。
清华大学研究团队成功制备出世界上最长的、单根长度达半米以上的碳纳米管，并在碳纳米管耐疲劳性能研究方面取得重大突破，碳纳米管有着极高的拉伸强度σb(大于105 N/mm2)，单位质量上的拉伸强度是钢铁的276倍，远远超过其他任何材料，其熔点是已知材料中最高的。
问题
1．碳纳米管是晶体还是非晶体？
2．写出碳纳米管拉伸强度的公式。4．固体
[学习任务] 任务1．知道固体分为晶体和非晶体两大类，知道它们物理性质的区别。
任务2．知道晶体分为单晶体和多晶体，知道它们物理性质的异同。
任务3．了解晶体的微观结构，知道晶体的微观结构决定了晶体的宏观性质。
[问题初探] 问题1．观察食盐颗粒和松香的外观，它们的外形各有怎样的特征？
问题2．晶体的熔点是确定的吗？
问题3．所有的晶体在任何性质上都呈现各向异性吗？
[思维导图]
晶体和非晶体
[链接教材] 观察食盐颗粒和松香的外形，它们的外形各有怎样的特征？若把食盐颗粒研磨成粉末破坏其外形，用显微镜观察，你有什么发现？
提示：食盐颗粒呈现立方体外形，松香颗粒没有规则的几何外形。把食盐颗粒研磨成粉末，其仍保持规则的外形。
1．我们常见的固体，有些是晶体，有些是非晶体两类。石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体。
2．单晶体具有确定的几何形状，多晶体和非晶体没有确定的几何形状，我们在初中已经学过，晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点。
3．有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这类现象称为各向异性。非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，这叫作各向同性。由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体是各向同性的。
[微提醒] 具有各向异性的一定是单晶体，具有各向同性的则可能是非晶体，也有可能是多晶体。
图甲是生活中常见的几种晶体，图乙是生活中常见的几种非晶体。
问题1．晶体与非晶体在外观上有什么不同？
问题2．没有规则几何外形的固体一定是非晶体吗？
问题3．某固体物质，若其各向导热性能不同，则该物质一定是单晶体吗？
提示：1．单晶体有天然规则的几何外形，多晶体和非晶体无天然规则的几何外形。
2．不是。由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体也没有天然规则的几何外形。
3．一定是单晶体。这是因为固体中只有单晶体才具有各向异性。
1．单晶体、多晶体及非晶体的异同比较
分类 宏观表现 物理性质
晶体 单晶体 有天然、规则的几何形状 各向异性 有确定的熔点
多晶体 没有天然、规则的几何形状 各向同性
非晶体 没有确定的熔化温度
2．对单晶体的各向异性的理解
(1)单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上的物理性质不同，也就是沿不同方向去测试单晶体的物理性能时，测试结果不同。
通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、磁性等。
(2)单晶体具有各向异性，并不是说每一种单晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性，举例如下：
①云母晶体在导热性能上表现出显著的各向异性——沿不同方向传热的快慢不同。
②方铅矿石晶体在导电性能上表现出显著的各向异性——沿不同方向电阻率不同。
③立方体形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性——沿不同方向的弹性不同。
④方解石晶体在光的折射上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同。
【典例1】 (晶体和非晶体)江苏省东海县是世界天然水晶原料集散地，有着“世界水晶之都”的美誉。天然的水晶具有规则的几何外形，如图所示。关于天然水晶，下列说法正确的是( )
A．具有规则的几何外形，但是没有固定的熔点
B．微观粒子的空间排列不规则
C．在熔化过程中分子平均动能不变
D．在光学性质上表现为各向同性
C [水晶是晶体，具有规则的几何外形，有固定的熔点，A错误；水晶是晶体，微观粒子的空间排列规则，B错误；水晶是晶体，有固定的熔点，在熔化过程中温度不变，分子平均动能不变，C正确；水晶是晶体，在光学性质上表现为各向异性，D错误。故选C。]
【典例2】 (单晶体、多晶体和非晶体的辨别)在甲、乙、丙三种固体薄片上薄薄地涂上石蜡，用烧热的针尖分别接触它们的背面，石蜡熔化区域的形状如图(a)所示；另外甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(b)所示，则( )
A．甲、乙是非晶体，丙是晶体
B．甲、丙是非晶体，乙是晶体
C．甲、丙是多晶体，乙是晶体
D．甲是多晶体，乙是非晶体，丙是单晶体
D [单晶体具有各向异性，非晶体和多晶体具有各向同性，丙表面石蜡熔化区域的形状是椭圆形，说明沿不同方向丙的导热性能不同，甲、乙表面石蜡熔化区域的形状是圆形，说明甲、乙具有各向同性，因此丙为单晶体，甲、乙可能是多晶体或非晶体；根据温度随加热时间变化的关系，可知甲、丙为晶体，乙是非晶体，选项D正确。]
晶体的微观结构
[链接教材] 如图碳原子按照不同规则在空间分布，形成石墨和金刚石。
请思考：石墨和金刚石都是由碳原子组成的，为什么石墨很软，而金刚石却很坚硬呢？
提示：石墨层与层之间的碳原子间的作用力比较弱，而金刚石中碳原子间的作用力很强，所以石墨很松软，而金刚石很坚硬。
1．规则性：在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性。
2．变化或转化
在不同条件下，同种物质的微粒按照不同规则在空间排列，可以生成不同的晶体，例如石墨和金刚石。有些晶体在一定条件下可以转化为非晶体，例如天然石英晶体熔化以后再凝固就变成了石英玻璃，而石英玻璃是非晶体。
如图所示是一个平面上晶体微粒排列的情况。
问题 请观察沿不同方向单位长度上微粒的数目是否相同，并思考引起晶体各向异性的原因。
提示：沿不同方向单位长度上微粒的数目不相同，单晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况不一样，所以单晶体在物理性质上表现为各向异性。
1．晶体的微观结构及特点
(1)组成晶体的微粒(分子、原子或离子)，依照一定的规则在空间整齐地排列。
(2)晶体中微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以使它们克服相互作用而远离。
(3)微粒的热运动表现为在平衡位置附近不停地做微小的振动。
2．物质的微观结构决定其宏观物理性质，改变物质的微观结构可以改变物质的属性，如碳原子可以组成性质差别很大的石墨和金刚石，有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。
【典例3】 (晶体的微观结构)晶体内部的分子有序排列为如图所示的空间点阵(图中的小黑点表示晶体分子)，图中AB、AC、AD为等长的三条线段。下列说法正确的是( )
A．A处的晶体分子可以沿三条线段发生定向移动
B．三条线段上晶体分子的数目相同，表明晶体的物理性质是各向同性的
C．三条线段上晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性的
D．将其加热熔化后，仍有各向异性
C [晶体中的分子只在平衡位置附近振动，不会沿三条线段发生定向移动，A错误；三条线段上晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性的，B错误，C正确；晶体加热熔化，分子的规则排列被破坏，不具有各向异性，D错误。]
【典例4】 (晶体的微观结构)2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表
彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小，最终找到了厚度只有0.34 nm的石墨烯。石墨烯是碳的二维结构，石墨、石墨烯的微观结构如图所示。根据以上信息和已学知识可知，下列说法正确的是( )
A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体
B．石墨是单晶体，石墨烯是多晶体
C．石墨的物理性质表现为各向异性，石墨烯的物理性质表现为各向同性
D．他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的
D [石墨、石墨烯都是单晶体，石墨与石墨烯都是碳元素的单质，它们互为同素异形体，故A、B错误；石墨、石墨烯的物理性质都表现为各向异性，故C错误；他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的，故D正确。]
1．随着科技的发展，国家对晶体材料的研究也越来越深入，尤其是对稀土晶体的研究，已经走在了世界的前列。关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )
A．晶体都有天然的规则的几何外形，非晶体则没有天然的规则的几何外形
B．同种物质不可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现
C．单晶体具有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点
D．多晶体是由单晶体组合而成的，但单晶体表现为各向异性，多晶体表现为各向同性
D [单晶体有天然的规则的几何外形，多晶体和非晶体则没有天然的规则的几何外形，A错误；同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，如天然石英与石英玻璃，B错误；单晶体和多晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，C错误；多晶体是由单晶体组合而成的，单晶体的某些物理性质表现为各向异性，多晶体和非晶体的物理性质表现为各向同性，D正确。]
2．(多选)单晶体不同于非晶体，它具有天然的规则的几何形状和各向异性，并且具有固定的熔点，下列哪些说法可以用来解释单晶体的上述特性( )
A．组成单晶体的微粒在空间按一定的规律排列着，构成特定的空间点阵
B．单晶体具有各向异性，是由于空间点阵中不同方向上微粒数目不同，微粒间距离也不相同
C．单晶体具有各向异性，是由于空间点阵中不同方向上的微粒的性质不同
D．单晶体在熔化时吸收的热量，全部用来瓦解空间点阵，因此，单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，单晶体完全变为液体后，温度才会升高
ABD [单晶体内部的微粒构成特定的空间点阵是单晶体有天然规则几何形状的原因，单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上的微粒数目不同，微粒间距离也不相同。晶体熔点的存在是由于晶体在熔化时要吸收热量用来瓦解空间点阵，增加分子势能，熔化过程中分子热运动的平均动能不变，即温度不变，只有当晶体全部熔化变为液体后，温度才会升高，分子热运动的平均动能才会增加。故选项A、B、D正确。]
3．北京冬奥会的雪花形主火炬(图甲)的创意展现中国智慧，符合科学事实(图乙)，实际上雪花的形态有很多种(图丙)。关于雪花的下列说法正确的是( )
A．雪花是非晶体
B．雪花具有各向异性
C．0 ℃雪花的水分子的平均动能比0 ℃液态水分子的小
D．雪花漫天飞舞可以作为雪花分子在做无规则运动的证据
B [根据雪花具有形状规则的几何形状，且雪花在熔化时，吸收热量温度不变，具有确定的熔点，所以雪花是单晶体，则单晶体具有各向异性的物理性质，A错误，B正确；平均动能与温度有关系，故0 ℃雪花的水分子的平均动能与0 ℃液态水分子的相同，C错误；雪花是固体颗粒，飞舞时，是宏观上的机械运动，不能说明分子在做无规则运动，D错误。故选B。]
4．小华为了检验一块薄片是否为晶体，他以薄片中央O点为圆心，画出一个圆，A、B为圆上两点，将一个针状热源放在O点，如图所示( )
A．若A、B两点的温度变化不同，则薄片一定为晶体
B．若A、B两点的温度变化不同，则薄片一定为非晶体
C．若A、B两点的温度变化相同，则薄片一定为晶体
D．若A、B两点的温度变化相同，则薄片一定为非晶体
A [若A、B两点的温度变化不同，说明薄片具有各向异性，则薄片一定为晶体，故A正确，B错误；若A、B两点的温度变化相同，说明薄片具有各向同性，而根据晶体与非晶体的特性规律，单晶体具有各向异性，但不是每一种单晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性，非晶体与多晶体具有各向同性，因此，薄片既有可能为非晶体，也有可能为多晶体或单晶体。故C、D错误。故选A。]
回归本节知识，完成以下问题：
1．单晶体有哪些主要的特征？
提示：①天然规则外形；②物理性质各向异性；③具有确定的熔点。
2．单晶体、多晶体在物理性质上的主要区别是什么？
提示：单晶体具有各向异性；多晶体具有各向同性。
3．区分晶体和非晶体常用什么方法？
提示：看有无确定的熔点。
新材料
1．纳米晶体
纳米晶体指纳米尺寸的晶体材料，或具有晶体结构的纳米颗粒。纳米晶体具有很重要的研究价值。纳米晶体的电学和热力学性质显现出很强的尺寸依赖性，从而可以通过细致的制造过程来控制这些性质。纳米晶体能够提供单体的晶体结构，通过研究这些单体的晶体结构可以提供信息来解释相似材料的宏观样品的行为，而不用考虑复杂的晶界和其他晶体缺陷。纳米晶体材料在能源、环保、通信、航空航天、医疗、日常生活等领域都有很多重要的应用。
2．石墨烯
石墨烯是人们发现的第一种由单层原子构成的材料，碳原子之间相互连接成六角网络结构。单层厚度仅为0.335 nm。2010年的诺贝尔物理学奖授予了安德烈·海姆与康斯坦丁·诺沃肖洛夫两人，以表彰他们对石墨烯的开创性实验研究。
石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，有很好的韧性，可制作传感器、晶体管，石墨烯的发展前景备受瞩目。
清华大学研究团队成功制备出世界上最长的、单根长度达半米以上的碳纳米管，并在碳纳米管耐疲劳性能研究方面取得重大突破，碳纳米管有着极高的拉伸强度σb(大于105 N/mm2)，单位质量上的拉伸强度是钢铁的276倍，远远超过其他任何材料，其熔点是已知材料中最高的。
1．碳纳米管是晶体还是非晶体？
2．写出碳纳米管拉伸强度的公式。
提示：1．碳纳米管有固定的熔点，是晶体。
2．由拉伸强度的单位可知，拉伸强度等于力与面积的比值，即σb＝，其中F为材料拉断时所承受的最大拉力，S为材料原始的横截面积。
课时分层作业(八)
?题组一 晶体和非晶体
1．如图所示为方解石的双折射现象的照片，关于方解石的说法正确的是( )
A．是多晶体
B．具有固定的熔点
C．导电等性能也是各向异性
D．没有规则的几何形状
B [单晶体具有规则的几何形状、各向异性和一定的熔点等性质；光在晶体中的双折射现象就是光学各向异性的表现，所以题图中方解石的双折射现象说明方解石是单晶体，故A错误；方解石是单晶体，具有固定的熔点，故B正确；多晶体是由许多小的晶体杂乱无章地排列在一起组成的，使得多晶体不再具有规则的几何外形，而且也看不出各向异性的特点，该方石属于单晶体，具有规则的几何形状，故D错误；单晶体具有各向异性，但不是所有性能都具有各向异性，虽然光在晶体中的双折射现象就是光学各向异性的表现，但是不能确定导电等性能也有各向异性，C错误。故选B。]
2．如图表示某晶体的物态变化过程，其中甲、乙、丙分别表示三种物态。下列分析正确的是( )
A．甲为气态
B．甲→乙的过程需要放热
C．乙→丙的过程与露珠形成过程相同
D．BC段对应的温度为该晶体的熔点
D [由题图知，甲中分子相距最近，分子排列规则，分子间的作用力最大，既不易被压缩，也不容易被拉伸，所以是固态分子的排列方式；乙中分子相距较近，分子排列杂乱，分子间的作用力较弱，是液态分子的排列方式；丙中分子相距最远，分子无固定排列，分子间的作用力最弱，是气态分子的排列方式。由以上分析知，甲为固态，故A错误；甲→乙是固态变为液态的熔化过程，需要吸收热量，故B错误；乙→丙是液态变成气态的汽化过程，露珠是水蒸气遇冷形成小水滴的液化过程，故C错误；BC段表示物体吸热或放热的温度保持不变，状态发生改变的晶体熔化(或凝固)过程，此时的温度叫晶体的熔点(或凝固点)，故D正确。故选D。]
3．“嫦娥五号”探测器胜利完成月球采样任务并返回地球。探测器上装有用石英制成的传感器，其受压时表面会产生大小相等、符号相反的电荷——压电效应。如图所示，石英晶体上下表面间的压电效应与对应侧面间的不同。则石英晶体( )
A．没有确定的熔点
B．制成的传感器可测定压力大小
C．是各向同性的
D．是多晶体
B [由题意知，石英晶体具有各向异性的压电效应，可制成的传感器可测定压力大小，晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，石英是单晶体，有确定的熔点，有确定的几何形状。故选B。]
4．固体甲和乙在一定压强下的熔化曲线如图，纵轴表示温度，横轴表示时间，下列说法正确的是( )
A．固体甲一定是晶体，固体乙不一定是非晶体
B．甲一定有确定的几何外形，乙一定没有确定的几何外形
C．在热传导方面甲一定表现出各向异性，乙一定表现出各向同性
D．甲和乙的化学成分可能相同
D [固体甲在ab段表示熔化的过程，温度保持不变，因此一定是晶体；而固体乙在整个升温的过程中，没有固定的熔点，因此一定是非晶体，A错误；如果固体甲是多晶体，也没有确定的几何外形，B错误；如果甲是多晶体，则不表现为各向异性，C错误；同种化学成分，有时可以形成晶体，有时也可以形成非晶体，D正确。故选D。]
?题组二 晶体的微观结构
5．石墨和金刚石的性质有很大差异，是由于( )
A．石墨是各向异性的，而金刚石是各向同性的
B．它们的化学成分不同
C．它们都是各向异性的
D．它们的物质微粒形成不同的结构
D [石墨和金刚石都为单晶体，物理性质都表现为各向异性，二者化学成分相同，但主要是由于其分子的空间点阵结构不同，造成了其性质上的差异。故选D。]
6．(多选)对下列几种固体物质的认识，不正确的有( )
A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体
B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体
C．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则
D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不相同
BC [食盐熔化过程中，温度保持不变，即熔点一定，说明食盐是晶体，故A正确，不符合题意；烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，只能说明云母片是晶体，故B错误，符合题意；天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列规则，故C错误，符合题意；石墨和金刚石组成它们的化学元素是相同的，都是碳原子，它们的物理性质不同，是由于碳原子排列结构不同造成的，故D正确，不符合题意。故选BC。]
7．大自然之中存在许多绚丽夺目的晶体，由于化学成分和结构各不相同，这些晶体呈现出千姿百态。高贵如钻石，平凡如雪花，都是由无数原子严谨而有序地组成的。关于晶体与非晶体说法正确的是( )
A．单晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，但沿不同方向的光学性质一定相同
B．有些非晶体也有确定的熔点
C．有的物质在不同条件下能够生成不同晶体，是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布
D．多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体没有确定的几何形状，也没有确定的熔点
C [单晶体在物理性质上表现为各向异性，多晶体在物理性质上表现各向同性，其中的物理性质包括导热性、导电性、光学性、机械强度等，故A错误；非晶体没有确定的熔点，故B错误；有的物质在不同条件下能够生成不同晶体，是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布，例如，石墨和金刚石，由于空间结构不同，形成不同的晶体，故C正确；而多晶体是由许许多多的细小的晶体(单晶体)集合而成，没有天然的规则的几何形状，但仍是晶体，仍有确定的熔点，D错误。]
8．食盐是我们生活中不可缺少的调味品，中国人大约在神农氏与黄帝的时期就开始煮盐。通过研究，我们知道了食盐的微观结构如图所示，则下列说法正确的是( )
A．食盐晶体是正六面体形
B．食盐所有的物理性质都具有各向异性
C．食盐颗粒受潮粘连成食盐块时，形状不规则，是非晶体
D．食盐在熔化时，要吸收热量，温度保持不变，所以内能也不变
A [食盐晶体是正六面体形，选项A正确；食盐具有各向异性，但并非所有的物理性质都具有各向异性，选项B错误；食盐颗粒受潮粘连成食盐块时，形状不规则，但仍是晶体，选项C错误；食盐在熔化时，要吸收热量，温度保持不变，所以内能增加，选项D错误。故选A。]
9．(多选)如图表示了岩盐晶体的平面结构：空心点为氯离子，实心点为钠离子，如果把它们用直线连起来，将构成一系列大小相同的正方形。作分界线AA1，使它平行于正方形的对角线；作分界线BB1，使它平行于正方形的一边。在两线的左侧各取一个钠离子M和N，为了比较这两个钠离子所受分界线另一侧的离子对它作用力的大小，分别以M、N为圆心，作两个相同的扇形，不考虑扇形以外远处离子的作用。如果F表示两个相邻离子之间引力的大小。(为使问题简化，设所有离子都是质点，而且它们之间的相互作用遵从“平方反比”规律。)则以下说法正确的是( )
A．M所受扇形范围内的正负离子对它作用力的合力是F的0.91
B．N所受扇形范围内的正负离子对它作用力的合力是F的0.91
C．敲碎的岩盐总是呈立方形状，是沿图中AA1分界线断开
D．敲碎的岩盐总是呈立方形状，是沿图中BB1分界线断开
AD [
设每个正方形的边长为a，相距r的两个离子作用力为，则相邻离子之间引力F＝，M受力FM＝2×cos 45°－≈0.91，同理FN＝－2×cos 45°≈0.29，故A正确，B错误；由于FM>FN，所以岩盐受到敲击时，在平行于正方形的方向上容易断裂，故D正确，C错误。]
