4 固 体
[定位·学习目标] 1.阅读教材,知道晶体、非晶体、单晶体和多晶体,了解各向异性、各向同性及晶体的微观结构,能解释相关的现象,形成物理观念。2.通过实验探究晶体与非晶体物理性质的差异,学会认真观察并与他人合作,提高实验技能,培养科学思维和科学探究精神。3.通过对晶体和非晶体的特点、同种物质不同条件下可能形成不同的两种形态的学习,培养科学态度与责任。
知识点一 晶体和非晶体
探究新知
1.固体分类
(1)我们常见的固体,有些是晶体,有些是非晶体。
(2)晶体又分为单晶体和多晶体。
2.特点
(1)单晶体有天然的、规则的几何形状,多晶体和非晶体没有规则的外形。
(2)晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点。
(3)单晶体的导电、导热等物理性质表现为各向异性;非晶体与多晶体沿各个方向的物理性质都是一样的,表现为各向同性。
新知检测
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)所有晶体都具有天然、规则的几何外形。( × )
(2)具有确定熔点的固体一定是晶体。( √ )
(3)物理性质表现为各向同性的一定是非晶体。( × )
知识点二 晶体的微观结构
探究新知
1.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.有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体。组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布。
3.同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现,物质是晶体还是非晶体,并不是绝对的。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。
新知检测
利用扫描隧道显微镜(STM)可以得到物质表面原子排列的图像,从而可以研究物质的构成规律。如图所示的照片是一些晶体材料表面的STM图像,通过观察、比较,可以看到这些材料都是由原子在空间排列而构成的,具有一定的结构特征。
(1)构成这些材料的原子在物质表面排列有什么特点
(2)这几种材料是晶体还是非晶体
【答案】 (1)在确定方向上原子有规律地排列,在不同方向上原子的排列规律一般不同;原子排列具有一定的对称性。
(2)从题图中可以看出,这几种材料的原子排列均有一定的规则,具有晶体的特点,因此是晶体。
要点一 对晶体和非晶体的理解
要点归纳
1.单晶体、多晶体及非晶体的比较
项目 微观结构 宏观表现
外形 物理性质
晶 体 单晶体 组成物质的微粒(原子、分子、离子)在空间按一定规则排列 有天然、 规则的 几何形状 存在 各向 异性 具有 确定的 熔点
多晶体 无数的晶体微粒(小晶粒)无规则排列组成 没有天然、规则的几何形状 各向 同性
非晶体 物质微粒无规则排列 没有确 定的熔 化温度
2.对单晶体的各向异性的理解
(1)在物理性质上,单晶体具有各向异性,而非晶体则是各向同性的。
①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质时,测试结果不同。
②通常所说的物理性质包括硬度、力学性能、导热性能、导电性能、光学性能、磁性等。
(2)单晶体具有各向异性,并不是说每一种单晶体在各种物理性质上均表现出各向异性。
3.对多晶体和非晶体的各向同性的理解
(1)多晶体中小晶粒存在各向异性,但因其杂乱排列致使多晶体各向同性。
(2)非晶体中是物质微粒的杂乱排列致使各向同性。
典例研习
[例1] 在固体甲、乙、丙三种薄片上涂蜡,由烧热的针分别接触其上中间点,蜡熔化的范围如图a所示,而固体甲、乙、丙在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图b所示。下列说法正确的是( )
[A] 固体甲、乙为非晶体,固体丙是晶体
[B] 固体甲、乙为晶体,固体丙是非晶体
[C] 固体甲不一定为多晶体,固体乙为非晶体,固体丙为单晶体
[D] 固体甲、乙、丙都有确定的熔点
【答案】 C
【解析】 根据用烧热的针接触甲、乙、丙三种固体薄片后石蜡的熔化情况,可知固体甲、乙各向同性,固体丙各向异性;题图b说明固体甲、丙有确定熔点,固体乙无确定熔点。所以固体甲、丙为晶体,固体乙为非晶体,其中固体丙为单晶体,但无法判断固体甲是否为多晶体,因为单晶体不是所有的物理性质都各向异性,故C正确。
晶体与非晶体的区别
(1)区分晶体与非晶体的方法:看其有无确定的熔点。晶体具有确定的熔点,而非晶体没有确定的熔点,仅从各向同性或者几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体。
(2)区分单晶体和多晶体的方法:单晶体具有各向异性,而多晶体不显示各向异性。
要点二 用晶体的微观结构理论解释晶体的特性
情境探究
家庭和学校的门锁常用碰锁,然而,这种锁使用一段时间后,锁舌就会变涩而不易被碰入,造成关门困难。这时用铅笔在锁舌上摩擦几下,碰锁便开关自如了,并且可以持续几个月之久。铅笔芯是由石墨制成的。我们知道石墨和金刚石都是由碳元素组成的,但是它们的物理性质却有很大区别。金刚石硬度很大,而石墨质地松软。
探究:(1)为什么有这么大的差异
(2)这说明什么问题
【答案】 (1)金刚石和石墨中的碳原子排列规则不同。
(2)同种元素的微粒能够按照不同规则在空间分布形成不同的物质。
要点归纳
1.关于晶体中微粒的运动
在各种晶体中,原子(或分子、离子)并不是静止不动的,它们在各自的平衡位置附近往复运动。当温度升高时,其振动会加剧,分子平均动能会增加,一般也会使体积发生改变,分子势能改变。
2.对晶体有关现象的理解
(1)对同种物质微粒形成不同物体的解释。
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,同种物质的微粒能够按照不同规则在空间分布形成不同的物体而显示截然不同的物理性质。
(2)对单晶体不同几何形状的解释。
晶体微粒在形成物体时,会处于各种复杂的内外环境条件,其微粒的规则排列会出现若干可能,因此,单晶体会形成不同的几何外形。
(3)对单晶体各向异性的解释。
如图为在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况。在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上物质微粒的数目不同。
线段AB上物质微粒较多,线段AD上较少,线段AC上更少。因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同,才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同。
(4)对晶体具有确定熔点的解释。
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,不改变微粒振动的剧烈程度,温度不发生变化。
典例研习
[例2] (多选)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,而且具有确定的熔点。下列说法可以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
[B] 晶体具有规则的外形,是因为不同方向上微粒密度和间距不同
[C] 晶体在不同方向上物理性质不同,是因为不同方向上的物质微粒的性质不同
[D] 晶体在熔化时吸收的热量,全部用来瓦解晶体微粒的空间分布
【答案】 ABD
【解析】 很多晶体的物质微粒构成稳定的空间结构,不同物体其空间结构一般不同,因此不同晶体具有不同的规则外形,而晶体的各向异性则是由不同方向上的微粒密度和间距不相同造成的,故A、B正确,C错误;晶体熔化过程中需要吸热,但温度不改变,说明吸收的热量改变了分子势能,用于瓦解微粒的空间分布,故D正确。
1.下列物质不属于晶体的是( )
[A] 金刚石 [B] 玻璃 [C] 明矾 [D] 雪花
【答案】 B
【解析】 常见的晶体有海波、冰(雪花)、石英、水晶、金刚石、食盐、明矾等;常见的非晶体有石蜡、玻璃、沥青、松香、橡胶、塑料等。故选B。
2.下列关于晶体和非晶体描述错误的是( )
[A] 将一块非晶体敲碎后,得到的小颗粒是晶体
[B] 单晶体有天然的、规则的几何形状,非晶体没有天然的、规则的外形
[C] 晶体具有确定的熔点,非晶体没有确定的熔化温度
[D] 在合适的条件下,某些晶体与非晶体之间可相互转化
【答案】 A
【解析】 将一块非晶体敲碎后,物质结构没有发生变化,得到的小颗粒仍然是非晶体,故A错误,符合题意;单晶体是规则排列的,有天然的、规则的几何形状,非晶体没有天然的、规则的外形,故B正确,不符合题意;晶体具有确定的熔点,非晶体没有确定的熔化温度,只是在一定温度范围内熔化,故C正确,不符合题意;在合适的条件下,某些晶体与非晶体之间可相互转化,如天然石英为晶体,熔化后将变为非晶体,故D正确,不符合题意。
3.2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·盖姆和康斯坦丁·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地粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小,最终寻找到了厚度只有0.335 nm的石墨烯,是碳的二维结构。如图所示分别为石墨、石墨烯的微观结构,根据以上信息和已学知识判断,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
【答案】 D
【解析】 石墨、石墨烯都是单晶体,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。
4.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
【答案】 A
【解析】 晶体有确定的熔点,熔化过程吸收的热量主要用于破坏空间点阵结构,因为温度不变,所以分子动能不变,吸收的热量用于增加分子势能,内能增加。故选A。
课时作业
(分值:60分)
基础巩固练
考点一 晶体和非晶体
1.(6分)(多选)“千树万树梨花开”,晶莹剔透的雪花是种晶体。下列关于晶体的说法正确的是( )
[A] 多晶体都有天然的、规则的几何形状
[B] 晶体都有确定的熔点
[C] 单晶体具有各向异性
[D] 非晶体都可以转化为晶体
【答案】 BC
【解析】 单晶体具有各向异性,具有天然的、规则的几何形状,但是多晶体和非晶体各向同性,不具有天然的、规则的几何形状,故A错误,C正确;晶体和非晶体的区别就是晶体具有确定的熔点,故B正确;在一定条件下,晶体和非晶体可以相互转化,但是并不是所有的非晶体都能转化为晶体,故D错误。
2.(4分)显微镜下铝-锂-锰合金的断裂面如图所示,它是由许多细小的晶粒组成的,由于这些小的单晶体的取向杂乱无章,我们把金属称为多晶体。多晶体仍保留着与单晶体相同的特征是( )
[A] 一定压强下有确定的熔点
[B] 有天然的、规则的几何形状
[C] 显示各向异性
[D] 显示各向同性
【答案】 A
【解析】 晶体分为单晶体和多晶体,只有单晶体具有天然的、规则的几何外形,物理性质表现为各向异性,而多晶体是由许多小晶粒杂乱无章地排列构成的,因而多晶体没有天然的、规则的几何外形,物理性质表现为各向同性,晶体在一定压强下都有确定的熔点。
故选A。
3.(4分)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史,它是一种非晶体。下列关于玻璃的说法正确的有( )
[A] 没有固定的熔点
[B] 具有规则的几何形状
[C] 沿不同方向的导热性能不同
[D] 分子在空间上周期性排列
【答案】 A
【解析】 玻璃是非晶体,没有固定的熔点,也没有规则的几何形状,具有各向同性的特点,其分子在空间上的排列也是杂乱无章的,故A正确,B、C、D错误。
4.(6分)(多选)固体甲和固体乙在一定压强下的熔化曲线如图所示,横轴表示时间t,纵轴表示温度T。下列判断正确的是( )
[A] 固体甲一定是晶体,固体乙一定是非晶体
[B] 固体甲一定有规则的几何外形,固体乙一定没有规则的几何外形
[C] 在传热方面,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
【答案】 AD
【解析】 晶体具有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点,所以固体甲一定是晶体,固体乙一定是非晶体,A正确;固体甲若是多晶体,则没有规则的几何外形,固体乙是非晶体,一定没有规则的几何外形,B错误;在传热方面,固体甲若是多晶体,则表现出各向同性,固体乙一定表现出各向同性,C错误;固体甲和固体乙的化学成分有可能相同,只是由于在不同条件下成为晶体和非晶体,D正确。
5.(4分)某同学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。下列说法正确的是( )
[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
【答案】 A
【解析】 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,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。故C、D错误。
考点二 晶体的微观结构
6.(6分)(多选)单晶体具有各向异性的特点是由于( )
[A] 单晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同
[B] 单晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同
[C] 单晶体内部结构的无规则性
[D] 单晶体内部结构的有规则性
【答案】 AD
【解析】 单晶体的各向异性是由于单晶体内部结构的有规则性以及在不同的方向上物质微粒的排列情况不同引起的,故选A、D。
7.(4分)关于晶体和非晶体的内部结构,下列说法正确的是( )
[A] 它们内部的物质微粒都有规则的空间分布
[B] 单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是不停地运动着的
[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
【答案】 B
【解析】 单晶体内部微粒排列规则,而非晶体内部微粒排列不规则,晶体与非晶体内部的微粒都在不停地运动着,选项B正确,A、C错误;无法依据物质内部各个平面上的微粒数是否相等来区分晶体与非晶体,选项D错误。
8.(6分)(多选)食盐是生活中不可缺少的调味品,如图所示是食盐中氯离子和钠离子的分布示意图。则( )
[A] 氯离子和钠离子的分布是杂乱的,所以食盐是非晶体
[B] 离子的空间点阵分布特点说明食盐是晶体
[C] 盐粒受潮粘在一起形成的盐块仍是晶体
[D] 食盐加热熔化过程中分子平均动能增加
【答案】 BC
【解析】 氯离子和钠离子的空间点阵分布具有空间周期性,说明食盐是晶体,故A错误,B正确;盐粒受潮粘在一起形成的盐块,形状不规则,但仍然是晶体,故C正确;食盐加热熔化过程中,温度不变,所以分子平均动能不变,吸收的热量全部用来增加分子势能,故D错误。
综合提升练
9.(4分)下列关于探索晶体结构的几个结论正确的是( )
[A] 20世纪初人们通过X射线在晶体上衍射的实验证实了晶体内部的物质微粒不是按一定的规则排列的
[B] 组成晶体的物质微粒,没有一定的排列规则,在空间杂乱无章地排列着
[C] 晶体内部各微粒之间还存在着很强的相互作用力,这些作用力就像可以伸缩的弹簧一样,将微粒约束在一定的平衡位置上
[D] 热运动时,晶体内部的微粒可以像气体分子那样在任意空间里做剧烈运动
【答案】 C
【解析】 20世纪初人们用X射线证实了晶体内部结构的规则性,不是杂乱无章排列的,A、B错误;晶体内部微粒都只能在各自的平衡位置附近振动,是因为微粒间存在着相互作用力,C正确;热运动时,分子也只能在其平衡位置附近振动,不会在整个空间内做剧烈运动,D错误。
10.(6分)(多选)某团队利用纳米纤维与合成云母纳米片研制出一种能适应极端环境的纤维素基纳米纸材料。如图所示为某合成云母的微观结构示意图,在该单层云母片涂上薄薄的石蜡并加热时,熔化的石蜡呈现椭圆状,则该合成云母( )
[A] 有天然规则的外形
[B] 有固定的熔点
[C] 各原子都保持静止不动
[D] 是多晶体
【答案】 AB
【解析】 由于该云母片在熔化石蜡过程中表现出导热性能的各向异性,可以判断该云母为单晶体,因此具有天然规则的几何外形,有固定的熔点,故A、B正确,D错误;组成物质的微粒都在不停地运动,题图中所画的点是它们振动的平衡位置,故C错误。
11.(6分)(多选)关于下列四幅图中所涉及晶体微观结构及其解释的论述不正确的是( )
[A] 图甲中,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] 图乙为金刚石中碳原子形成的一种紧密结构,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] 图丙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] 图丁为雪花的微观结构,雪花是晶体,当雪化成水后,水也是晶体
【答案】 BD
【解析】 题图甲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,不符合题意;题图乙为石墨的微观结构,B错误,符合题意;题图丙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,C正确,不符合题意;题图丁为雪花的微观结构,雪花有规则的几何形状,所以是晶体,当雪化成水后,具有流动性,是液体,而不再是固体,D错误,符合题意。
12.(4分)如图所示是方解石形成的双折射现象实验的照片,下列关于方解石的说法正确的是( )
[A] 是非晶体
[B] 具有固定的熔点
[C] 所有的物理性质都是各向异性
[D] 是由许多单晶体杂乱无章排列组成的
【答案】 B
【解析】 光在方解石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,具有固定的熔点,A错误,B正确;单晶体具有天然规则的几何形状、各向异性和确定的熔点等性质,而多晶体是由许多小的单晶体杂乱无章地排列在一起组成的,使得多晶体不再具有天然规则的几何外形,而且也看不出各向异性的特点,单晶体并不是所有的物理性质都是各向异性,C、D错误。(共33张PPT)
4 固 体
1.阅读教材,知道晶体、非晶体、单晶体和多晶体,了解各向异性、各向同性及晶体的微观结构,能解释相关的现象,形成物理观念。2.通过实验探究晶体与非晶体物理性质的差异,学会认真观察并与他人合作,提高实验技能,培养科学思维和科学探究精神。3.通过对晶体和非晶体的特点、同种物质不同条件下可能形成不同的两种形态的学习,培养科学态度与责任。
[定位·学习目标]
探究·必备知识
「探究新知」
知识点一 晶体和非晶体
1.固体分类
(1)我们常见的固体,有些是晶体,有些是 。
(2)晶体又分为单晶体和 。
2.特点
(1)单晶体有天然的、 的几何形状,多晶体和非晶体没有 的外形。
非晶体
多晶体
规则
规则
(2)晶体有确定的 ,非晶体没有确定的 。
(3)单晶体的导电、导热等物理性质表现为 ;非晶体与多晶体沿各个方向的物理性质都是一样的,表现为 。
熔点
熔点
各向异性
各向同性
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)所有晶体都具有天然、规则的几何外形。( )
(2)具有确定熔点的固体一定是晶体。( )
(3)物理性质表现为各向同性的一定是非晶体。( )
×
「新知检测」
√
×
「探究新知」
知识点二 晶体的微观结构
1.在各种晶体中,原子(或分子、离子)都是按照一定的 排列的,具有空间上的 。
2.有的物质在不同条件下能够生成 的晶体。组成它们的微粒能够按照 在空间分布。
3.同种物质也可能以晶体和非晶体两种 出现,物质是晶体还是非晶体,并不是绝对的。有些非晶体在 下也可以转化为晶体。
规则
周期性
不同
不同规则
不同的形态
一定条件
利用扫描隧道显微镜(STM)可以得到物质表面原子排列的图像,从而可以研究物质的构成规律。如图所示的照片是一些晶体材料表面的STM图像,通过观察、比较,可以看到这些材料都是由原子在空间排列而构成的,具有一定的结构特征。
「新知检测」
(1)构成这些材料的原子在物质表面排列有什么特点
【答案】 (1)在确定方向上原子有规律地排列,在不同方向上原子的排列规律一般不同;原子排列具有一定的对称性。
(2)这几种材料是晶体还是非晶体
【答案】 (2)从题图中可以看出,这几种材料的原子排列均有一定的规则,具有晶体的特点,因此是晶体。
突破·关键能力
要点一 对晶体和非晶体的理解
「要点归纳」
1.单晶体、多晶体及非晶体的比较
项目 微观结构 宏观表现 外形 物理性质 晶 体 单晶体 组成物质的微粒(原子、分子、离子)在空间按一定规则排列 有天然、规则的几何形状 存在各向异性 具有
确定的
熔点
多晶体 无数的晶体微粒(小晶粒)无规则排列组成 没有天然、规则的几何形状 各向 同性 非晶体 物质微粒无规则排列 没有确定的熔
化温度
2.对单晶体的各向异性的理解
(1)在物理性质上,单晶体具有各向异性,而非晶体则是各向同性的。
①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质时,测试结果不同。
②通常所说的物理性质包括硬度、力学性能、导热性能、导电性能、光学性能、磁性等。
(2)单晶体具有各向异性,并不是说每一种单晶体在各种物理性质上均表现出各向异性。
3.对多晶体和非晶体的各向同性的理解
(1)多晶体中小晶粒存在各向异性,但因其杂乱排列致使多晶体各向同性。
(2)非晶体中是物质微粒的杂乱排列致使各向同性。
[例1] 在固体甲、乙、丙三种薄片上涂蜡,由烧热的针分别接触其上中间点,蜡熔化的范围如图a所示,而固体甲、乙、丙在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图b所示。下列说法正确的是( )
[A] 固体甲、乙为非晶体,固体丙是晶体
[B] 固体甲、乙为晶体,固体丙是非晶体
[C] 固体甲不一定为多晶体,固体乙为非晶体,固体丙为单晶体
[D] 固体甲、乙、丙都有确定的熔点
「典例研习」
C
【解析】 根据用烧热的针接触甲、乙、丙三种固体薄片后石蜡的熔化情况,可知固体甲、乙各向同性,固体丙各向异性;题图b说明固体甲、丙有确定熔点,固体乙无确定熔点。所以固体甲、丙为晶体,固体乙为非晶体,其中固体丙为单晶体,但无法判断固体甲是否为多晶体,因为单晶体不是所有的物理性质都各向异性,故C正确。
·规律方法·
晶体与非晶体的区别
(1)区分晶体与非晶体的方法:看其有无确定的熔点。晶体具有确定的熔点,而非晶体没有确定的熔点,仅从各向同性或者几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体。
(2)区分单晶体和多晶体的方法:单晶体具有各向异性,而多晶体不显示各向异性。
要点二 用晶体的微观结构理论解释晶体的特性
「情境探究」
家庭和学校的门锁常用碰锁,然而,这种锁使用一段时间后,锁舌就会变涩而不易被碰入,造成关门困难。这时用铅笔在锁舌上摩擦几下,碰锁便开关自如了,并且可以持续几个月之久。铅笔芯是由石墨制成的。我们知道石墨和金刚石都是由碳元素组成的,但是它们的物理性质却有很大区别。金刚石硬度很大,而石墨质地松软。
探究:(1)为什么有这么大的差异
【答案】 (1)金刚石和石墨中的碳原子排列规则不同。
【答案】 (2)同种元素的微粒能够按照不同规则在空间分布形成不同的物质。
(2)这说明什么问题
「要点归纳」
1.关于晶体中微粒的运动
在各种晶体中,原子(或分子、离子)并不是静止不动的,它们在各自的平衡位置附近往复运动。当温度升高时,其振动会加剧,分子平均动能会增加,一般也会使体积发生改变,分子势能改变。
2.对晶体有关现象的理解
(1)对同种物质微粒形成不同物体的解释。
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,同种物质的微粒能够按照不同规则在空间分布形成不同的物体而显示截然不同的物理性质。
(2)对单晶体不同几何形状的解释。
晶体微粒在形成物体时,会处于各种复杂的内外环境条件,其微粒的规则排列会出现若干可能,因此,单晶体会形成不同的几何外形。
(3)对单晶体各向异性的解释。
如图为在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况。在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上物质微粒的数目不同。
线段AB上物质微粒较多,线段AD上较少,线段AC上更少。因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同,才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同。
(4)对晶体具有确定熔点的解释。
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,不改变微粒振动的剧烈程度,温度不发生变化。
[例2] (多选)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,而且具有确定的熔点。下列说法可以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
[B] 晶体具有规则的外形,是因为不同方向上微粒密度和间距不同
[C] 晶体在不同方向上物理性质不同,是因为不同方向上的物质微粒的性质不同
[D] 晶体在熔化时吸收的热量,全部用来瓦解晶体微粒的空间分布
ABD
「典例研习」
【解析】 很多晶体的物质微粒构成稳定的空间结构,不同物体其空间结构一般不同,因此不同晶体具有不同的规则外形,而晶体的各向异性则是由不同方向上的微粒密度和间距不相同造成的,故A、B正确,C错误;晶体熔化过程中需要吸热,但温度不改变,说明吸收的热量改变了分子势能,用于瓦解微粒的空间分布,故D正确。
检测·学习效果
1.下列物质不属于晶体的是( )
[A] 金刚石 [B] 玻璃 [C] 明矾 [D] 雪花
B
【解析】 常见的晶体有海波、冰(雪花)、石英、水晶、金刚石、食盐、明矾等;常见的非晶体有石蜡、玻璃、沥青、松香、橡胶、塑料等。故选B。
2.下列关于晶体和非晶体描述错误的是( )
[A] 将一块非晶体敲碎后,得到的小颗粒是晶体
[B] 单晶体有天然的、规则的几何形状,非晶体没有天然的、规则的外形
[C] 晶体具有确定的熔点,非晶体没有确定的熔化温度
[D] 在合适的条件下,某些晶体与非晶体之间可相互转化
A
【解析】 将一块非晶体敲碎后,物质结构没有发生变化,得到的小颗粒仍然是非晶体,故A错误,符合题意;单晶体是规则排列的,有天然的、规则的几何形状,非晶体没有天然的、规则的外形,故B正确,不符合题意;晶体具有确定的熔点,非晶体没有确定的熔化温度,只是在一定温度范围内熔化,故C正确,不符合题意;在合适的条件下,某些晶体与非晶体之间可相互转化,如天然石英为晶体,熔化后将变为非晶体,故D正确,不符合题意。
3.2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·盖姆和康斯坦丁·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地粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小,最终寻找到了厚度只有0.335 nm的石墨烯,是碳的二维结构。如图所示分别为石墨、石墨烯的微观结构,根据以上信息和已学知识判断,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
【解析】 石墨、石墨烯都是单晶体,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。
4.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
A
【解析】 晶体有确定的熔点,熔化过程吸收的热量主要用于破坏空间点阵结构,因为温度不变,所以分子动能不变,吸收的热量用于增加分子势能,内能增加。故选A。
感谢观看
