2.2 -2.3 晶体的微观结构 固体新材料 学案

第二节　晶体的微观结构
第三节　固体新材料
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1．组成晶体的微观粒子(分子、原子或离子)按一定的规律在空间________地排列，晶体中物质微粒的相互作用________，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用力而远离，微粒的热运动表现为在一定的________________不停地做微小振动．
2．单晶体在不同直线上微粒的个数________，说明沿不同方向______________及____________情况不同，在物理性质上表现为____________．非晶体在不同直线上微粒的个数____________，说明沿不同方向____________及____________情况基本相同，在物理性质上表现为____________．
3．同一种物质在不同条件下形成不同的晶体，由于__________不同，物理性质有很大差异．
4．新材料往往具有特殊性能，例如超高强度、____________、超塑性，以及各种特殊物理性能，如磁性、__________、…….
5．半导体材料是支撑现代文明社会的最重要的材料之一，它在晶体管、________电路、红外发光管、__________电池、微波集成电路、激光器件、____________电路等信息处理与通讯领域都得到广泛应用，上至雷达、火箭、卫星，下到家用电视机、DVD机、手机、空调和家用电器的摇控器，都离不开半导体材料．______是当前用途最广的半导体材料，95%以上的半导体器件都是使用______材料制作的．
6．新材料科学正向着研究各种复合材料(例如复合金属材料、复合__________材料、复合____________材料)、研究并开发________材料、开发同时具有感知外界环境或参数变化和驱动功能的机敏材料、研究开发生物医学材料等方向发展．
7．(双选)下列叙述中错误的是(　　)
A．晶体的各向异性是由于它内部的微粒按空间点阵排列
B．单晶体具有规则的几何外形是由于它内部的内部微粒按一定规律排列
C．非晶体有规则的几何形状和确定的熔点
D．石墨的硬度比金刚石差得多，是由于它内部的微粒没有按空间点阵分布
8．以下说法中错误的是(　　)
A．材料科学是研究材料的制造、结构与性能三者之间相互关系的科学
B．材料对人类文明进程有着重要的影响
C．纳米是长度单位，1nm＝10－10m
D．半导体是具有优异特性的微电子材料
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【概念规律练】
知识点一　对晶体微观结构的认识
1．下列说法错误的是(　　)
A．晶体具有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的
B．有的物质能够生成种类不同的几种晶体，因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构
C．凡各向同性的物质一定是非晶体
D．晶体的各向异性是由晶体内部结构决定的
2．(双选)有关晶体的排列结构，下列说法正确的有(　　)
A．同种元素原子按不同结构排列有相同的物理性质
B．同种元素原子按不同结构排列有不同的物理性质
C．同种元素形成晶体只能有一种排列规律
D．同种元素形成晶体可能有不同的排列规律
知识点二　固体新材料
3．(双选)材料如果按特性分类，可分为(　　)
A．结构材料B．信息材料C．复合材料D．功能材料
4．(双选)半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，以下关于其导电性能的说法正确的是(　　)
A．半导体导电能力介于导体和绝缘体之间，性能稳定
B．在极低的温度下，纯净的半导体像绝缘体一样不导电
C．在较高温度时，半导体的导电性能会大大增强，甚至接近金属的导电性能
D．半导体中掺入杂质后，其导电性能会减弱
【方法技巧练】
晶体微观结构的应用技巧
5.
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图1
如图1所示，食盐的晶体是由钠离子和氯离子组成的．这两种离子在空间中三个互相垂直的方向上，都是等距离交错排列的．已知食盐的摩尔质量是58.5g/mol，食盐的密度是2.2
g/cm3.阿伏加德罗常数为6.0×1023mol－1.在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离的数值为多少？
6．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，下列说法中不能用来解释晶体的上述特性的是(　　)
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，转化为分子间势能；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
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1．(双选)下列关于晶体和非晶体，正确的说法是(　　)
A．晶体内部的物质微粒是规则排列的，而非晶体内部物质微粒是不规则的
B．晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着的
C．晶体还是非晶体并不是绝对的
D．在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，微粒数不等的是非晶体
2．下列关于晶体微观结构的表述正确的是(　　)
A．晶体的微观结构具有周期性特点
B．晶体的微观结构不具有周期性特点
C．晶体内部各微粒之间存在着很强的相互作用力，将微粒约束在一定的平衡位置上
D．晶体内部各微粒之间存在着很弱的相互作用力，微粒可以自由移动
3．在晶体中，原子(或分子、离子)都是按照各自的规律排列的，具有空间上的周期性．晶体的这种微观结构可用来解释(　　)
A．单晶体具有规则的几何形状，非晶体没有
B．晶体能溶于水，非晶体不能
C．晶体的导电性比非晶体强
D．晶体的机械强度不如非晶体
4．各向异性可用来描述(　　)
A．非晶体没有规则的几何形状
B．非晶体内部的物理性质与方向的关系
C．多晶体的内部结构
D．晶体的物理性质与方向的关系
5．(双选)晶体具有各向异性是由于(　　)
A．晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同
B．晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同
C．晶体内部结构的无规则性
D．晶体内部结构的有规则性
6．(双选)关于金刚石与石墨的下列说法，正确的是(　　)
A．它们是同一种物质，只是内部微粒的排列不同
B．它们的物理性质有很大的差异
C．由于它们内部微粒排列规则不同，所以金刚石为晶体，石墨是非晶体
D．金刚石是单晶体，石墨是多晶体
7．晶体熔化过程中所吸收的热量，主要用于(　　)
A．破坏空间点阵结构，增加分子势能
B．破坏空间点阵结构，增加分子动能
C．破坏空间点阵结构，增加分子势能，同时增加分子动能
D．破坏空间点阵结构，增加分子势能，但不增加分子动能和内能
8．(双选)下列新型材料中，可用作半导体材料的有(　　)
A．高分子合成材料B．新型无机非金属材料
C．复合材料D．光电子材料
9．下列说法中错误的是(　　)
A．不锈钢具有很强的耐腐蚀性，广泛应用于制造餐具、外科手术器械及化工设备
B．有机高分子材料是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素组成的有机化合物体
C．复合材料则是由几类不同材料通过复合工艺组合而成的
D．玻璃钢不是复合材料
10．美国B－2隐形轰炸机的隐形原理是(　　)
A．机身透明，人眼看不见
B．飞得高，无法观察
C．机身表面涂有吸收电磁波材料，雷达探测不到
D．飞得快，来不及观察
11．(双选)新型金属材料有铝合金、镁合金、钛合金以及稀有金属，以下关于它们的说法正确的是(　　)
A．铝合金密度小，导电性好，可代替铜用作导电材料
B．镁合金既轻又强，被誉为“未来的钢铁”，可制造超音速飞机和宇宙飞船
C．稀有金属能改善合金性能，用于制造光电材料、磁性材料等
D．钛合金是制造直升机某些零件的理想材料
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
12.新华网内蒙古四子王旗10月17日电(记者李宣良、黄明)：因与大气的剧烈摩擦而被烧蚀成深褐色的神舟六号返回舱静静地躺在草原上，舱体上还带着上千度高温发热后的余温，着陆场系统总设计师侯鹰告诉新华社记者，当返回舱在距离地面80～40千米的高度以数千米每秒的速度穿越稠密大气层时，返回舱表面温度会达到1000～2000摄氏度，如果不采取有效的防热降温措施，整个返回舱将会像陨石一样被烧为灰烬，这时必须给飞船穿上一层“防热衣”，使飞船内部的温度控制在航天员可以忍受的40摄氏度以下．
请问：如果你是神舟飞船的设计师，你将会采用哪些措施，使用何种材料给飞船降温？
答案
课前预习练
1．整齐　很强　平衡位置附近
2．不相等　微粒的排列　物质结构　各向异性　大致相等
微粒排列　物质结构　各向同性
3．微观结构
4．超高硬度　超导性
5．集成　太阳能　光电集成　硅　硅
6．陶瓷　高分子　纳米
7．CD　[晶体内部微粒排列的空间结构决定着晶体的物理性质，也正是由于它内部的微粒按一定规律排列，才使单晶体具有规则的几何形状．石墨与金刚石的硬度相差甚远是由于它们内部微粒的排列结构不同，石墨的层状结构决定了它的质地柔软，而金刚石的网状结构决定了其中碳原子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度．]
8．C
课堂探究练
1．C　[晶体的外形、物理性质都是由晶体的微观结构决定的，A、B、D正确；各向同性的物质不一定是非晶体，多晶体也具有这样的性质，C错误．]
方法总结　晶体微观结构的特点：
(1)组成晶体的物质微粒(分子、原子或离子)，依照一定的规律在空间中整齐地排列．
(2)晶体中物质微粒间的相互作用较强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离．
(3)微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动．
2．BD　[同种元素原子在不同情况下可能按不同的方式排列，并导致物理性质有明显的差异，故A、C错误，B、D正确．]
方法总结　有些物质在不同条件下生成不同的晶体，那是因为组成它们的微粒能够按照不同的规则在空间分布．例如：金刚石和石墨都是由碳元素构成的，它们有不同的点阵结构．
3．AD　[按照材料的特性，可以把材料分为结构性材料和功能性材料两类．结构性材料主要利用材料的力学特性，功能性材料主要利用材料的声、光、热、电、磁等特性．]
4．BC　[半导体材料的导电性能受温度、光照及掺入杂质的影响，故A错误．掺入杂质后半导体材料的导电性能会大大增强，故选项D错误．]
方法总结　半导体材料是一种新型微电子材料，其电阻率介于导体与绝缘体之间，但易受外在条件的影响．
5．4.0×10－10m
解析　从空间结构上研究得知，每一个钠(或氯)离子占据的空间就是一个正方体，每个食盐分子占据的空间为VNaCl＝
则这个正方体的体积为：V＝VNaCl＝＝cm3＝2.216×10－23cm3
由几何关系d＝·＝4.0×10－10m
方法总结　本题应用分子动理论知识解决问题，注重的问题是：一是分子模型的建立，即区分食盐分子和钠离子或氯离子，根据晶体结构确定正方体模型；二是运算中的几何关系，边长和对角线．
6．C　[晶体有规则的几何外形是因为微粒按一定规律排列，呈现各向异性是因为不同方向上微粒数目不同，有固定熔点是因为其熔化时先要破坏点阵结构，之后温度才升高．故选C.]
方法总结　组成晶体的物质微粒按照一定的规律在空间整齐地排列，使晶体具有各向异性和规则的几何外形．
课后巩固练
1．AC　[晶体内部的微粒是按一定规律排列的，而非晶体则无这一特点，A正确；物质内部微粒都在运动，B错误；晶体和非晶体在一定条件下可相互转化，C正确；即使是晶体，各个平面上的微粒数也不一定相等，D错误．]
2．C　[单晶体的微观结构具有周期性，而多晶体的微观结构不具有周期性，故A、B错误．晶体内部各微粒间存在着很强的相互作用力，故C正确，D错误．]
3．A　[单晶体内的原子按一定规律排列，因此具有规则的几何外形，在物理性质上有各向异性，A正确；这种微观结构不能解释晶体能溶于水、晶体的导电性、机械强度，也不能解释非晶体的各向同性．]
4．D
5．AD　[晶体内部的微粒是有规则排列的，从而使它在不同方向上的物质微粒排列情况不同，引起晶体在不同方向上的物理性质不同．]
6．AB　[同一种物质微粒可能形成不同的晶体结构，从而生成种类不同的几种晶体，金刚石与石墨是它的一个特例，故A、B正确，C、D错误．]
7．A
8．BD　[高分子合成材料有合成橡胶、塑料和化学纤维等；新型无机非金属材料有工业陶瓷、光导纤维、半导体材料；复合材料分为结构复合材料和功能复合材料；光电子材料有光电子半导体材料、光纤和薄膜材料、液晶显示材料等．]
9．D　10.C
11．AC　[被誉为“未来的钢铁”的是钛合金，可用于制造超音速飞机和宇宙飞船；而镁合金既轻又强，可用来制造直升机的某些零件，故只有选项A、C正确．]
12．由于飞船重量的限制，防热材料要求是重量尽可能轻的低密度烧蚀材料，为进一步将重量降下来，在材料的使用上采用了蜂窝格的设计，这种既有密度又有疏松的设计，保证了神舟飞船穿上的是轻薄的“防热衣”．
解析　飞船返回舱的降温主要通过三种方法：一是吸热式防热，在返回舱的某些部位，采用导热性能好、熔点高和热容量大的金属吸热材料来吸收大量的热量；二是辐射式防热，用具有辐射性能的钛合金及陶瓷等复合材料，将热量辐射散发出去；三是烧蚀防热，利用高分子材料在高温加热时表面部分材料熔化、蒸发、升华或分解汽化带走大量热量的方法散热．