1．下列说法中正确的是( )
A．显示各向异性的物体必定是晶体
B．不显示各向异性的物体必定是非晶体
C．具有确定熔点的物体必定是晶体
D．不具有确定熔点的物体必定是非晶体
解析：选ACD.非晶体和多晶体都显示各向同性，所以A对B错；晶体不论是单晶体还是多晶体都具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，所以C、D都对．
2．国家游泳中心——水立方，像一个透明的水蓝色的“冰块”，透过它，游泳中心内部设施尽收眼底．这种独特的感觉就源于建筑外墙采用了一种叫做ETFE(四氟乙烯和乙烯的共聚物)的膜材料，这种膜材料属于非晶体，那么它具有的特性是( )
A．在物理性质上具有各向同性
B．在物理性质上具有各向异性
C．具有一定的熔点
D．没有一定的熔点
解析：选AD.非晶体没有一定的熔点，在物理性质上表现为各向同性．
3．下列说法中正确的是( )
A．黄金可以切割加工成任意形状，所以是非晶体
B．同一种物质只能形成一种晶体
C．单晶体的所有物理性质都是各向异性的
D．玻璃没有确定的熔点，也没有规则的几何形状
解析：选D.所有的金属都是晶体．因而黄金也是晶体，只是因为多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有规则的几何形状，故A错．
同一种物质可以形成多种晶体，如碳可以形成金刚石和石墨两种晶体，故B错．
单晶体的物理性质的各向异性是指某些物理性质各向异性，但有些物理性质各向同性，故C错．
玻璃是非晶体，因而没有确定的熔点和规则的几何形状，D对．故本题正确答案为D.
4．在下列物质中，属于晶体的是__________，属于非晶体的是__________；属于单晶体的是__________，属于多晶体的是__________．(填物质代号)
A．玻璃 B．雪花 C．橡胶 D．铁块 E．单晶硅 F．沥青
答案：BDE ACF BE D
一、选择题
1．区别晶体和非晶体的方法是( )
A．可以只看有无规则外形
B．可以只看有无确定的熔点
C．可以只看物理性质是否各向异性
D．可以只看物理性质是否各向同性
解析：选B.由于多晶体也呈现各向同性，故不能从是否各向异性和各向同性来判断是晶体还是非晶体，只能从有无固定熔点上确定．
2．关于单晶体和多晶体，下列说法正确的是( )
A．单晶体内物质微粒是有序排列的
B．多晶体内物质微粒是无序排列的
C．多晶体内每个晶粒内的物质微粒排列是有序的
D．以上说法都不对
解析：选AC.正是由于内部物质微粒按一定规律排列，使单晶体具有规则的几何形状．多晶体内每个晶粒内的物质微粒排列是有序的．
3．关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )
A．所有的晶体都表现为各向异性
B．晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体
C．大块塑料粉碎成形状相同的颗粒，每个颗粒即为一个单晶体
D．所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点
解析：选D.只有单晶体才表现为各向异性，故A错；单晶体有规则的几何形状，而多晶体无规则的几何形状，金属属于多晶体，故B错；大块塑料是非晶体，粉碎成形状规则的颗粒，依然是非晶体，C错；晶体和非晶体的一个重要区别，就是晶体有确定的熔点，而非晶体无确定的熔点，故D对．
4．石墨和金刚石，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．它们都是各向同性的
D．组成它们的物质微粒按不同的规则排列
解析：选D.物质的物理性质由物质微粒的微观结构决定，故D选项正确．
5．下列说法正确的是( )
A．一种物质可以形成晶体，也可以形成非晶体
B．一种物质已形成晶体，还可转化为非晶体
C．一种物质已形成非晶体，还可以转化为晶体
D．晶体和非晶体是不可能转化的
解析：选ABC.晶体和非晶体在一定的条件下可以相互转化，如石英是晶体，加热后制成玻璃就是非晶体，同一种物质可以形成晶体，也可以形成非晶体．
6．如图3－1－5所示，甲、乙、丙三种固体物质，质量相等，加热过程中，相同时间内吸收的热量相等，从其温度随时间变化的图像可以判断( )
图3－1－5
A．甲、丙是晶体，乙是非晶体
B．乙是晶体，甲、丙是非晶体
C．乙是非晶体，甲的熔点比丙低
D．乙是非晶体，甲的熔点比丙高
解析：选AD.晶体在熔化过程中吸热，但是温度不发生变化，这是晶体的重要特征，由图知甲、丙为晶体，故A正确，从熔点上看甲到t2时才熔化，故D正确．
二、非选择题
7．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，如图3－1－6所示．从而可以研究物质的构成规律．下面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．则构成这些材料的原子在物质表面排列的共同特点是：
图3－1－6
(1)______________________________________ __________________________________；
(2)________________________________________________________________________．
解析：本题通过扫描隧道显微镜研究晶体材料的构成规律，尽管不同材料的原子在空间的排列情况不同，但原子都是按照一定规律排列的，都具有一定的对称性．
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一般不同
(2)原子的排列具有一定的对称性
8．把熔化的蜂蜡薄薄地涂在玻璃片上，把一根缝衣针烧热，然后用针尖接触蜂蜡层，不要移动，观察蜂蜡熔化区域的形状(图3－1－7甲)，把玻璃片换成云母片，再做以上实验，观察蜂蜡熔化区域的形状(图3－1－7乙)．在玻璃片上和云母片上，蜂蜡熔化区域形状的不同说明了什么？
蜂蜡熔化区域的形状
图3－1－7
解析：玻璃是非晶体，表现为各向同性，因此各个地方导热均匀，蜂蜡熔化区域形状为圆形，但云母为单晶体，表现为各向异性，因此不同部分导热性能不一样，最终蜂蜡熔化区域形成椭圆形．
答案：见解析
9.一电炉的功率P＝200 W，将质量m＝240 g的固体样品放在炉内，通电后的电炉内的温度变化如图3－1－8所示．设全部电能转化为内能并全部被样品吸收，试问：该固体样品的熔点和熔化热为多大？
图3－1－8
解析：由熔化曲线上温度不变的部分可找出熔点．根据熔化时间和电炉功率可知电流做功的多少，这些功全部转化为热并全部用于样品的熔化．样品的熔点为60 ℃.熔化时间t＝2 min，电流做功W＝Pt.
设样品的熔化热为λ，样品熔化过程中共吸收热量Q＝λm.
由W＝Q，即Pt＝λm知，
λ＝＝J/kg＝1×105 J/kg
答案：60 ℃ 1×105 J/kg
10.食盐晶体由钠离子和氯离子组成，这两种离子在空间中三个互相垂直方向上都是等距离交错排列着的，如图3－1－9所示，已知氯化钠晶体的密度ρ＝2.16×103 kg/m3.钠原子的摩尔质量为2.3×10－2 kg/mol，氯原子的摩尔质量为3.55×10－2 kg/mol，求晶体点阵中相邻原子间距．
图3－1－9
解析：晶体点阵中相邻原子间距，就是由四个氯离子和四个钠离子所组成的小立方体的边长如图所示．
由钠和氯的摩尔质量及阿伏伽德罗常量即可找出钠原子和氯原子的质量分别为
mNa＝kg＝3.82×10－26 kg，
mCl＝kg＝5.89×10－26 kg.
设单位体积中钠原子和氯原子数均为n.
由其密度ρ＝n(mNa＋mCl)
得n＝＝m－3
＝2.22×1028m－3.
单位体积中的原子数为N＝2n，因此每一个原子所占的体积为V0＝＝ m3.
把每一原子所占体积看成一个小立方体，其边长设为d，这也就是点阵中相邻原子的间距，即
d＝＝＝
＝ m
＝2.82×10－10 m.
答案：2.82×10－10 m
3．1 研究固体的性质
教 学 目 标
知 识 脉 络
1.知道什么是晶体和非晶体、单晶体和多晶体．(重点)
2.知道各向异性现象和各向同性现象.
3.掌握晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别．(重点)
4.学会用晶体的微观结构特点来解释晶体外形的规则性和物理性质的各向异性．(难点)
1．固体可分为晶体和非晶体两类．晶体有确定的熔点；非晶体没有确定的熔点．
2．晶体可分为单晶体和多晶体两类．
(1)单晶体
①定义：如果一块具有规则形状的晶体，把它碾成小颗粒后，这些小颗粒仍然保持与原来整块晶体形状相似的规则外形，这样的晶体叫做单晶体．
②宏观特性：a.具有规则的几何形状，b.具有各向异性，c.有确定的熔点．
(2)多晶体
①定义：如果一块晶体，它是由许多取向不同的单晶体颗粒(晶粒)组成的，这样的晶体叫做多晶体．
②宏观特性：a.没有规则的几何形状，b.具有各向同性，c.有确定的熔点．
1．单晶体和多晶体都有规则的几何外形．(×)
2．所有的晶体都具有各向异性．(×)
3．可以通过有无确定的熔点来区分晶体和非晶体．(√)
云母薄片和玻璃片上分别涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母片及玻璃片的反面，石蜡熔化，如图3-1-1所示，那么你看到的现象及得出的结论是什么？
A B
图3-1-1
【提示】 呈圆形，玻璃为各向同性是非晶体．呈椭圆形，云母片为各向异性是单晶体．
1．单晶体、多晶体及非晶体的区别
分类
宏观外形
物理性质
非晶体
没有确定的形状
①没有固定熔点
②导电、导热、光学性质表现为各向同性
晶体
单晶体
有天然规则的形状
①有确定的熔点
②导热、导电、光学性质表现为各向异性
多晶体
没有确定的形状
①有确定的熔点
②导热、导电、光学性质表现为各向同性
2.晶体和非晶体的判断方法
(1)根据几何形状判断：单晶体具有规则的几何形状，非晶体没有规则的几何形状，但应注意由于多晶体是由多个单晶体粘合在一起所组成的晶体，从宏观形状上看，它也没有规则的几何形状，所以不要误以为多晶体是非晶体．
(2)依据固体所表现出来的物理性质：单晶体在导热、导电等物理性质上表现为各向异性，而非晶体则表现为各向同性，但注意多晶体也表现为各向同性．
(3)依据固体是否具有固定的熔点：晶体具有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点．
【说明】 (1)若经过人为加工，非晶体和多晶体也可以有规则的形状．
(2)多晶体和非晶体都无规则的几何外形，在物理性质上都具有各向同性，其主要区别在于有无固定熔点．
3．晶体的微观结构
(1)组成晶体的物质微粒(分子、原子或离子)是依照一定的规律在空间中整齐的排列的；
(2)组成晶体的物质微粒间的相互作用很强；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．
4．对晶体各向异性的理解
在物理性质上，单晶体具有各向异性，而多晶体、非晶体则是各向同性的．
通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等．单晶体的各向异性是指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晶体的物理性能时测量结果不同．
例如单晶体在不同的方向还可以有不同的硬度、弹性、热膨胀性质、导电性能等．
需要注意的是，单晶体具有各向异性，并不是说每一种晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性，例如云母、石膏晶体在导热性上表现出显著的各向异性——沿不同方向传热的快慢不同；方铅矿晶体在导电性上表现出显著的各向异性——沿不同方向电阻率不同；立方体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；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．
1．关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )
A．组成晶体的物质微粒相互作用很弱
B．一块均匀薄片，沿各个方向对它施加拉力，发现其强度一样，则此薄片一定是非晶体
C．一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性不同，则该球体一定是单晶体
D．一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则这块晶体可能是单晶体
E．判断晶体和非晶体可以根据有没有确定的熔点
【解析】 判断固体是否为晶体的标准是看是否有固定的熔点，多晶体和非晶体都具有各向同性和无规则的外形，单晶体具有各向异性和规则的外形，单晶体的各向异性表现在一种或几种物理性质上，并不是各种物理性质都具有各向异性，C、D、E正确．
【答案】 CDE
2.关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )
A．有规则的几何外形的固体一定是晶体
B．只有单晶体才有天然规则的几何外形
C．晶体在物理性质上一定是各向异性的
D．晶体熔化时具有确定的熔点
E．可以根据各向异性或各向同性来鉴别单晶体和多晶体
【解析】 单晶体有规则的几何外形，多晶体与非晶体都没有规则的几何外形，但如果固体有规则的几何外形但不是天然的，而是人为加工的，则其不一定是晶体，A错误、B正确；单晶体只在某些物理性质上表现为各向异性，并非所有的物理性质都表现为各向异性，多晶体在物理性质上表现为各向同性，C错误；E正确．晶体有确定的熔点，D正确．
【答案】 BDE
3．在图3-1-2甲、乙、丙三种固体薄片上涂蜡，由烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示，而甲、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丁所示，以下说法不正确的是( )
甲 乙 丙 丁
图3-1-2
A．甲、乙为非晶体，丙是晶体
B．甲、乙为晶体，丙是非晶体
C．甲、丙为非晶体，乙是晶体
D．甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体
E．甲、丙有确定的熔点，乙无确定的熔点
【解析】 由图甲、乙、丙可知：甲、乙各向同性，丙各向异性；由图丁可知：甲、丙有固定熔点，乙无固定熔点，所以甲、丙为晶体，乙为非晶体，其中甲为多晶体，丙为单晶体，故D、E正确．
【答案】 ABC
判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体的方法
(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：看其是否具有各向异性，单晶体表现出各向异性，而多晶体表现出各向同性．
固体性质的微观解释，晶体和非晶体的相互转化
1．固体性质的微观解释
(1)单晶体在不同直线上微粒的个数不相等，说明沿不同方向微粒的排列及物质结构情况不同，在物理性质上表现为各向异性．
(2)多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶粒组成的，所以小晶粒在各个不同方向的平均效果相同，因而在物理性质上表现为各向同性．
2．晶体和非晶体的相互转化
(1)同一种物质在不同条件下形成不同的晶体，由于微观结构不同，物理性质有很大差异．
(2)单晶体、多晶体和非晶体不是绝对的．它们在一定适当的条件下可以相互转化，例如把晶体硫加热熔化(温度不超过300摄氏度)后再倒进冷水中，会变成柔软的非晶体硫，再过一段时间又会转化为晶体硫．
1．所有晶体在不同方向上物质微粒的排列情况都相同．(×)
2．晶体内部微粒的排列毫无规则．(×)
3．有些非晶体和晶体之间在一定条件下可以相互转化．(√)
1．从微观结构上看，多晶体为什么呈现各向同性？
【提示】 多晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同，因此物理性质上表现为各向同性．
2．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】 金刚石中碳原子间的作用力很强，而石墨中网层之间的碳原子间的作用力很弱，所以金刚石很坚硬，石墨却很松软．
1．对单晶体各向异性的解释
如图3-1-3所示，这是在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况．从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上物质微粒的数目不同．直线AB上物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC上更少．正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．
图3-1-3
2．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．
3．对同素异构体的解释
这是由于它们的物质微粒能够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不同．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．
4．对多晶体宏观特征的解释
多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体(晶粒)组成的．平常见到的各种金属材料都是多晶体．把纯铁做成的样品放在显微镜下观察，可以看到它是由许许多多晶粒组成的．晶粒有大有小，最小的只有10－5 cm，最大的也不超过 10－3 cm.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，因为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．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．
5．对非晶体特征的微观解释
在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计的观点来看，在微粒非常多的情况下，沿不同方向的等长直线上，微粒的个数大致相等，也就是说，非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同，所以非晶体在物理性质上表现为各向同性．
【说明】 物质是晶体还是非晶体不是绝对的，有的晶体在一定条件下可以转化为非晶体，有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体．例如天然水晶是晶体，但熔化后再凝固的水晶即石英玻璃就是非晶体．
4．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，是因为不同方向上微粒数目不同，微粒间距不同
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
E．晶体在熔化时吸收的热量，破坏空间点阵结构，增加分子势能，同时增加分子动能
【解析】 很多晶体都是由相同的物质微粒组成的，例如，金刚石和石墨都是由碳原子组成的，不同方向上物质微粒完全一样，可见其各向异性不是因为不同方向上的粒子性质不同引起的，而是粒子的数目和粒子间距不相同造成的．
【答案】 ABD
5．关于石墨和金刚石的区别，下面说法不正确的是( )
A．石墨和金刚石是同种物质微粒组成的空间结构相同的晶体
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．石墨与金刚石是不同的物质的微粒组成的不同晶体
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
E．组成它们的物质微粒按不同的规则排列
【解析】 由化学知识知道，石墨和金刚石是碳的同素异形体，其化学性质相同．它们的分子的空间结构不同，石墨中的碳原子排列为层状结构，层与层间距离很大，所以其质地松软；金刚石中的碳原子排列紧密，相互间作用力很强，所以其质地坚硬．显然A、C、D错误，B、E正确．
【答案】 ACD
6．关于晶体和非晶体，不正确的说法是( )
A．它们是由不同的空间点阵构成的
B．晶体内部的物质微粒是有规则地排列的，而非晶体内部物质微粒排列是无规则的
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的
D．在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，数量不等的是非晶体
E．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；非晶体中，原子(或分子、离子)的排列是无规则的，更谈不上周期性
【解析】 空间点阵是晶体的特殊结构，是晶体的一个特性，所以A错误．组成物质的微粒永远在做热运动，不管是晶体还是非晶体，所以C错误．非晶体就提不到什么层面的问题，即使是晶体各个层面微粒数也不一定相等，所以D错误．
【答案】 ACD
1．单晶体具有各向异性是因为沿不同方向微粒的排列及物质结构情况不同．
2．晶体具有确定的熔点是因为晶体具有规则的排列结构．
3．同一物质有几种不同的晶体是因为物质微粒排列的空间结构不同．
