2.2-2.3 固体的微观结构 材料科技与人类文明 课件 (2)

课件47张PPT。第2、3节 固体的微观结构 材料科技与人类文明1.了解对晶体结构的认识过程，知道晶体微观结构的特点.
2.知道晶体的结合类型和特点.
3.会用固体的微观结构解释其宏观性质.
4.了解材料科学技术的有关知识及应用. 重点：1.知道晶体的结合类型及特点.
2.理解晶体与非晶体存在差异的原因.
难点：应用固体的微观结构解释固体特征.一、晶体的结构
1.组成晶体的物质微粒有规则地在空间排成_____，呈现周而
复始的_____结构，说明晶体的微观结构具有_______特点.
2.晶体内部各微粒之间存在着很强的___________，微粒被约
束在一定的_____位置上.
3.热运动时，这些微粒只能在各自的_________附近做微小振
动.阵列有序周期性相互作用力平衡平衡位置【想一想】晶体为什么有规则的几何外形？
提示：由于晶体中的物质微粒在空间是按一定规律排列的，微粒只在一定平衡位置做微小振动，所以晶体有规则的几何外形.二、晶体的结合类型离子键共价键金属键正、负离子原子物质微粒NaCl、AgBr SiO2、碳、锗铜、银、铝【判一判】
(1)NaCl是金属晶体. ( )
(2)Cu是离子晶体. ( )
(3)SiO2是原子晶体. ( )
提示：(1)由晶体的结构及性质可知，NaCl是通过离子键结合而成的晶体，是离子晶体，(1)错.
(2)由晶体的结构及性质可知Cu是通过金属键结合而成的晶体，是金属晶体，(2)错.
(3)由晶体的结构及性质可知，SiO2是通过共价键结合而成的晶体，是原子晶体，(3)正确.三、固体特征的微观解释
1.几何外形解释：单晶体内部物质微粒的排列有_________，在
宏观上具有规则的几何外形；而非晶体内部物质微粒的排列
_____________，在宏观上没有规则的几何外形.
2.物理性质解释：在单晶体内部，沿不同方向的等长直线上，
微粒个数通常是_______的，这说明单晶体在不同方向上的微粒
_____及物质结构情况是不一样的，故单晶体在物理性质上表现
为各向异性；在非晶体内部，物质微粒的排列是_________的，
从统计观点来看，沿不同方向的等长直线上，微粒个数
_________，非晶体在不同方向上的微粒_____及物质结构情况
基本相同，故非晶体在物理性质上表现为各向同性.一定规律没有一定规律不相等排列杂乱无章大致相同排列3.同一种物质微粒在不同的条件下有可能形成不同的晶体，虽
然构成这些晶体的物质微粒都相同，但是由于它们的_________
不同，_________也不同.
【想一想】为什么多晶体表现为各向同性？
提示：多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体(晶粒)组成
的.每个晶粒都是一个小单晶体，具有各向异性.但由于晶粒在
多晶体里杂乱无章地排列着，所以它在不同方向的物理性质是
相同的，即各向同性.排列形式物理性质四、材料种类、新材料及应用
1.分类
(1)按照材料的特性，可以把材料分为_____材料和_____材料两
类.
(2)按照材料的应用领域，可以把材料分为_____材料、_____材
料、建筑材料、_____材料、航空航天材料等.
(3)按照习惯，把材料分为_____材料、无机非金属材料、
___________材料和_____材料.结构功能信息能源生物金属有机高分子复合2.新材料及应用
材料科学是研究材料的_____、_____与_____三者之间相互关
系的科学._____、_____、_____被当今国际社会公认为现代文
明的三大支柱.
(1)发生形变后几乎能100%恢复原状的材料称为_____________.
主要应用于_________、航空航天、_________等.
(2)微电子材料：_______.主要应用于_________、电视卫星接
收机、移动通信、_____________以及军用电子装备等.
(3)在力、热、声、光、磁等方面的某些性能会发生突变的是
_____材料.主要应用于_____、电子、_____、_____等方面.制造结构性能材料信息能源形状记忆合金工程机械医疗卫生半导体通信卫星高清晰度电视纳米医药生物航空【判一判】
(1)半导体的导电性不会因外界条件的变化而改变. ( )
(2)在极低的温度下，纯净的半导体仍能很好地导电. ( )
(3)在有光照射时，有的半导体可以导电. ( )
(4)掺入一定杂质后，半导体的导电性能一定会变差. ( )
提示：(1)半导体的导电特性对外界条件非常敏感，(1)错.
(2)在极低温度下，纯净的半导体不导电，(2)错.
(3)在有光照射，且温度不太低时，半导体导电，(3)正确.
(4)掺入杂质会极大地改变半导体的导电性，使之接近导体，(4)错. 微观结构理论对固体特征的解释
【探究导引】
固体分为晶体和非晶体，晶体又分为单晶体和多晶体，思考以下问题：
(1)从微观结构上分析，单晶体为什么表现出各向异性，而多晶体和非晶体为什么表现出各向同性？
(2)如何理解晶体具有固定的熔点？
(3)同一种化学成分的物质，为什么有时会表现出不同的物理性质？【要点整合】
1.对外形及物理性质表现各向异性还是各向同性的解释多晶体是由许多杂
乱无章地排列着的
小晶体(晶粒)组成
的，每个晶粒都是
一个小单晶体，
具有各向异性的
物理性质和规则
的几何形状，但非晶体内部微粒
的排列没有一定
规律，在宏观上
没有规则的几何
外形.在非晶体
内部，物质微粒
的排列是杂乱无
章的，从统计观单晶体内部物质微
粒的排列有一定规
律，因此宏观上有
规则的几何外形.
在不同方向上的微
粒排列及物质结
构情况不一样，规则不规则不规则各向异性各向同性各向同性在物理性质上
表现为各向异
性点来看，在不同
方向上的微粒排
列及物质结构基
本相同，所以在
物理性质上表现
为各向同性 由于晶粒在多晶
体里杂乱无章地
排列着，所以多
晶体没有规则的
几何形状，也不
显示各向异性，
它在不同方向的
物理性质是相同
的，即各向同性 2.对同素异形体的解释
有的物质有几种晶体，是因为它们的物质微粒能形成不同的晶体结构.例如碳原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石，二者在物理性质上有很大差别.白磷和红磷的化学成分相同，但白磷具有立方体结构，而红磷具有与石墨一样的层状结构，二者在物理性质上也有很大差别.3.对晶体具有一定熔点的解释
给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏.晶体开始熔化，熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化.【特别提醒】(1)多晶体和非晶体内部物质微粒的排列都是杂乱无章的，没有一定的规律，在物理性质上都具有各向同性，都没有规则的几何外形.
(2)多晶体和非晶体的主要区别是多晶体有确定的熔点，而非晶体没有.【典例1】下列叙述中错误的是( )
A.晶体的各向异性是由于它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的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的差很多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布【思路点拨】解答本题时应把握以下三点：【规范解答】选C、D.晶体内部微粒排列的空间结构决定着晶体的物理性质是否相同，也正是由于它的微粒按一定规律排列，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.故A、B正确.C、D错误.【总结提升】根据固体的微观结构分析其特点
各种固体均表现出某种特性，这些宏观的外在特性都是由其自身的微观结构决定的，所以知道各种材料的微观结构特点，根据结构特点解释各种现象.【变式训练】关于晶体和非晶体，以下说法中正确的是( )
A.同种物质在不同的条件下可表现为晶体或非晶体
B.晶体内部物质微粒排列是有规则的，而非晶体内部物质微粒排列是不规则的
C.晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒在不停地运动着
D.在物质内部的各个层面上，微粒数相等的是晶体，微粒数不等的是非晶体 【解析】选A、B.同种物质也可能以晶体或非晶体两种不同形式出现，所以A正确.晶体和非晶体在微观结构上的区别决定了它们在宏观性质上的不同，所以B正确.组成物体的微粒永远在做热运动，不管是晶体还是非晶体，所以C是错的.非晶体没有层面，也就提不到什么层面的问题，即使是晶体各个层面的微粒数也不一定相等，所以D也是错的.【变式备选】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单晶体的上述特性( )
A.组成单晶体的物质微粒，在空间按一定的规律排列成整齐的行列，构成特定的空间点阵
B.单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.单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.单晶体在熔化时吸收热量，全部用来瓦解单晶体的空间点阵，转化为分子势能，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，晶体完全变为液体后，继续加热，温度才会升高【解析】选A、B、D.单晶体微粒构成的空间点阵是单晶体有规则几何外形的原因，A对.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的微粒数目不同，微粒间距离也不相同，B对,C错.单晶体熔点的存在是由于单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，熔化过程中分子的热运动的平均动能不变，即温度不变，只有当单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,D对. 新材料及其应用
【探究导引】
人造地球卫星在轨道上运行时，与地面控制中心的联系要用到天线，人造卫星的天线是由形状记忆合金这种新材料做成的，表面安装有防热材料.思考以下问题：
(1)新材料的种类有哪些？
(2)新材料的主要用途有哪些？
(3)纳米材料的种类有哪些？【要点整合】
1.研究材料的意义
材料是人类生存和发展的物质基础，是人类社会现代文明的重要支柱，材料的变化直接影响着社会的变化，材料是技术进步的关键要素之一.能源、信息和材料被称为现代文明的三大支柱.2.新材料
新材料主要包括新型金属材料、高分子合成材料、新型无机非金属材料、复合材料、光电子材料等.
(1)新型金属材料
有铝合金、镁合金、钛合金以及稀有金属.它们在导电、航空航天、原子能方面有广泛用途.
(2)高分子合成材料
有合成橡胶、塑料和化学纤维等.它们在火箭、建筑、医疗、交通、服装、农业、国防上有广泛用途.(3)新型无机非金属材料
有工业陶瓷、光导纤维、半导体材料.它们在燃气机制造、磁流体发电机、通信、工业、科学研究等方面有广泛用途.
(4)复合材料
可分为结构复合材料和功能复合材料.它们在航空航天、电子工业、生活用品、新能源技术、信息技术、海洋工程等方面有广泛用途.
(5)光电子材料
有光电子半导体材料、光纤、薄膜材料、液晶显示材料.它们在光电子器件、光通信、光计算、激光技术等方面有广泛用途.3.纳米材料
(1)纳米是长度单位，1 nm＝10-9 m.
(2)纳米技术：在纳米尺度( 1 nm～100 nm)上制造材料和器件的技术，即重新排列原子而制造具有新分子结构的技术.
(3)纳米材料有纳米金属材料、纳米磁场材料、纳米陶瓷材料、有机—无机纳米复合物、纳米传感材料、纳米医用材料等.
(4)纳米材料应用领域：能源、环保、通信、航空航天、医疗、日常生活等.【特别提醒】(1)形状记忆合金主要应用于工程机械、航空航天、医疗卫生等领域.
(2)半导体材料主要应用于通信卫星、电视卫星接收机、移动通信、高清晰度电视以及军用电子装备等领域.【典例2】纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同于传统
材料的良好性能，以下关于纳米材料的性能的说法中，正确的
是( )
A.在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性
B.在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多
C.在电学性能方面，纳米金属在低温时会呈现超导电性
D.在化学性能方面，纳米材料化学活性低，因此化学稳定性强【思路点拨】解答本题时应注意纳米材料的良好性能主要表现在：【规范解答】选A、B.纳米材料具有良好的性能，在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性，A正确；在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多，B正确；在电学性能方面，纳米材料在低温时会呈现电绝缘性；而在化学性能方面，纳米材料具有相当高的化学活性，故选项C、D错误.【变式训练】(2012·广州高二检测)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
【解析】选B、D.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，故B、D正确.【温馨提示】钠离子与氯离子的体积大小虽然不同，但在空间点阵排列中，可认为每个离子所占有的空间体积相同，并且可以知道钠离子与氯离子间的距离为最小正方体的边长，氯离子间最小距离与钠离子间最小距离相等.【典例】如图所示为食盐晶体结构示意图.食盐的晶体是由钠离子(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.【思路点拨】晶体微观结构的定量计算，主要是构建合适的物
理模型，然后选择适当的规律求解.食盐晶体是由氯离子与钠
离子构成的，每一个离子都占据一个立方体空间，该立方体的
边对角线长就是两个最近的钠离子(也是氯离子)间的距离.
【规范解答】1 mol 食盐晶体中有NA个氯离子和NA个钠离子，
离子的总数为2NA，又因摩尔体积V与摩尔质量M以及物质密度
ρ的关系为V= ,所以一个离子所占的体积：V0= .
V0就是图中每四个离子中心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=
=1.41× m=4×10-10 m.
答案：4×10-10 m三类晶体结构与性质的比较正、负离子物质微粒原子离子键金属键共价键较高较高很高较大较大很大熔化或溶
于水时导电导电一般不导电多数溶于
极性溶剂不溶不溶多数盐、
强碱、多数
金属氧化物金属单质金刚石、二氧
化硅、晶体硅、
碳化硅说明：(1)不同晶体的熔、沸点不同，其原因是它们的键能不同.
(2)金属晶体内有自由电荷，导电性能好. 【案例展示】下列说法正确的是( )
A.离子晶体在任何情况下都导电
B.金刚石硬度大，石墨较软
C.金刚石和石墨都不导电
D.所有的金属晶体都导电
【规范解答】选B、D.离子晶体只有在熔化或溶于水后才能导电，故A错误.由于金刚石晶体中碳原子间有很强的相互作用力，故金刚石硬度大，石墨晶体中碳原子间的作用力较弱，故石墨较软，B正确.石墨内有自由电荷，可以导电，故C错误.所有的金属晶体内都有自由电荷，即都导电，故D正确.【易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下：