第3节 材料科技与人类文明
1.以下说法中正确的是( )
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,1 nm=10-10 m
D.半导体是具有优异特性的微电子材料
解析:1 nm=10-9 m,故选项C错误,选项A、B、D正确。
答案:ABD
2.下列关于晶体的微观表述正确的是( )
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
解析:晶体的微观结构具有周期性,且各微粒间存在很强的相互作用,这样晶体才稳定。故A、C正确。
答案:AC
3.关于石墨与金刚石的区别,下列说法正确的是( )
A.它们是由不同物质微粒组成的不同晶体
B.它们是由相同物质微粒组成的不同晶体
C.金刚石是晶体,石墨是非晶体
D.金刚石比石墨原子间作用力大,金刚石有很大的硬度
解析:金刚石和石墨是同一种物质微粒(碳原子)在不同条件下生成的不同晶体,它们有不同的微观结构,表现在宏观上的物理性质不一样,故B、D正确。
答案:BD
4.下列关于晶体空间点阵的说法,正确的是( )
A.构成晶体空间点阵的物质微粒,可以是分子,也可以是原子或离子
B.晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵,是由于晶体中物质微粒之间相互作用很强,所有物质微粒都被牢牢地束缚在空间点阵的结点上不动
C.所谓空间点阵与空间点阵的结点,都是抽象的概念;结点是指组成晶体的物质微粒做永不停息的微小振动的平衡位置;物质微粒在结点附近的微小振动,就是热运动
D.相同的物质微粒,可以构成不同的空间点阵;也就是同一种物质能够生成不同的晶体,从而能够具有不同的物理性质
解析:组成晶体的物质微粒可以是分子、原子或离子,这些物质微粒也就是分子动理论所说的分子。显然,组成晶体的物质微粒处在永不停息的无规则的热运动之中,物质微粒之间还存在相互作用,晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵,是由于晶体中物质微粒之间的相互作用很强,物质微粒的热运动不足以克服这种相互作用而彼此远离,所以选项B的说法错误。
答案:ACD
5.关于纳米材料的说法正确的是( )
A.碳纳米管是由碳原子层卷曲而成的碳管,管直径一般为几米到几十米
B.当材料小到纳米尺度时,其力、热、声、光、磁等方面的某些性能会发生突变
C.碳纳米管的成分和石墨一样,但韧性很高,导电性极强
D.碳纳米管的强度是钢的,密度只有钢的
解析:颗粒在1~100 nm之间的材料称为纳米材料,当材料小到纳米尺度时,其力、热、声、光、磁等方面的某些性能会突变。碳纳米管是由碳原子层卷曲而成的碳管,管直径一般为几纳米到几十纳米,管壁厚度仅为几纳米。它的成分和石墨一样,但韧性很高,导电性极强,兼具金属和半导体的特性,强度比钢高100倍,密度只有钢的。
答案:BC
6.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
(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
7.如图所示,试说明晶体从开始加热到全部熔化为液体的过程中能的转化情况(分熔化前、熔化时、熔化后三个阶段说明)。
解析:(1)熔化前,晶体从外界吸收能量,主要用来增加组成点阵结构的微粒热运动的平均动能,使物体的温度升高,其体积一般也有所增大,也有小部分能量用来增加微粒的势能。
(2)熔化时,当温度升高到熔点时,点阵结构中的一部分微粒已有足够的动能,能够克服其他微粒的束缚离开平衡位置,破坏点阵结构,开始熔化。继续加热,微粒所吸收的热量不再用来增加其平均动能,而完全消耗在破坏点阵结构所需的能量上,即用来增加势能。
(3)熔化后,液体吸收的能量主要转变为分子动能,只要继续加热,温度就要升高。
答案:见解析
学业分层测评(五)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．习惯上，人们把材料分为( )
A．金属材料B．无机非金属材料
C．生物材料 D．有机高分子材料
E．纳米材料
【解析】 习惯上人们把材料分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料，故A、B、D正确．
【答案】 ABD
2．下列有关晶体的结构叙述正确的是( )
A．在晶体内部，组成晶体的物质微粒是无规则排列的
B．晶体的微观结构具有周期性
C．在晶体内部，组成晶体的物质微粒可以自由运动
D．组成晶体的微粒只能做微小的振动
E．晶体内部微粒间存在着很强的作用力
【解析】 在晶体的内部，组成晶体的物质微粒是有规则排列的，A错误；晶体的微观结构具有周期性，且微粒间存在着很强的作用力，B、E正确；在晶体内部，组成晶体的物质微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动，而不能自由运动，C错误，D正确．
【答案】 BDE
3．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
E．同种元素可能形成不同的晶体
【解析】 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、E正确．
【答案】 BDE
4．关于纳米的认识，下列说法正确的是( )
A．纳米是一种高科技材料，尺寸很小
B．1 nm＝10－9 m
C．纳米材料是对分子、原子重新进行排列而成的，具有很多特性
D．纳米材料活性很高
E．纳米材料的微观粒子，其运动速度与温度有关
【解析】 纳米是一个长度单位，1 nm＝10－9 m，俗语说：“纳米不是米，蓝牙不是牙”，它比一般的分子，原子要大，纳米材料是对分子、原子重新进行排列而得到的材料，具有很多特性．纳米材料活性很高，对纳米材料，当温度低于临界值时，其微观粒子的运动速度与温度无关，E错．综上所述，B、C、D正确．
【答案】 BCD
5．下列说法中正确的是( )
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、硫等元素的有机化合物构成的材料
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新型材料
D．玻璃钢不是复合材料
E．制造变速自行车用的碳纤维不是复合材料
【解析】 玻璃钢、碳纤维和陶瓷复合材料等都是新型的复合材料，D、E错，故选A、B、C.
【答案】 ABC
6．按照材料的应用领域，可把材料分为( )
A．信息材料B．金属材料
C．建筑材料D．航空航天材料
E．功能材料
【解析】 按照材料的应用领域，可以把材料分为信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等，故选A、C、D.
【答案】 ACD
7．下列高分子材料中，属于天然高分子材料的是( )
A．木材 B．塑料
C．玻璃钢 D．棉花
E．羊毛
【解析】 木材、棉花和羊毛属于天然高分子材料，而B、C不是，故选A、D、E.
【答案】 ADE
8．下列新型材料中，不能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
E．金属材料
【解析】 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．
【答案】 ACE
[能力提升]
9．下列说法不正确的是( )
A．石墨的硬度比金刚石差很多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布
B．晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列
C．晶体在熔化的过程中吸收热量，分子的平均动能一定是增大的
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
E．组成金刚石和石墨的物质微粒是相同的
【解析】 尽管石墨和金刚石的硬度差别很大，但都是晶体是由相同的物质微粒构成的，它们的微粒是按不同空间点阵分布的，故A错，E对；尽管晶体在熔化的过程中吸收了热量，但它的温度是不变的，因此分子的平均动能不变，故C错；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做热振动，因此微粒是不能自由移动的，故D错，B对．
【答案】 ACD
10．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，是由于不同方向上微粒数目不同，微粒间距离也不相同
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．单晶体的物质微粒排列没有规律性，故表现为各向异性
【解析】 晶体微粒构成的空间点阵是晶体有规则几何外形的原因，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．晶体熔点的存在是由于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．
【答案】 ABD
11．关于石墨和金刚石的区别，下面说法正确的是( )
A．石墨和金刚石都是由同种物质微粒组成但空间结构不同的晶体
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．石墨和金刚石是不同物质的微粒组成的不同的晶体
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．金刚石和石墨具有相同的化学性质
【解析】 石墨和金刚石都是由碳原子按照不同的排列规律构成的不同晶体，A对、C错；金刚石中的碳原子距离相等，有很强的相互作用，因此它结构紧密、质地坚硬，而石墨中的碳原子间距离不相等，形成层状结构，其原子间距离很大，作用力较弱，因此质地松软B对；石墨和金刚石都是由碳原子组成的，故它们的化学性质相同，D错、E对．
【答案】 ABE
12．利用扫描隧道显微镜(STM)可以得到物质表面原子排列的图象(如图2-2-2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图象，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2-2-2
(1)_____________________________________________________________；
(2)____________________________________________________________；
(3)____________________________________________________________．
【答案】 (1)在确定方向上原子有规律地排列
(2)在不同方向上原子的排列规律一般不同
(3)原子排列具有一定对称性
13．如图2-2-3所示为食盐晶体结构示意图，食盐晶体是由钠离子(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，都是等距离地交错排列的．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.
图2-2-3
【解析】 1 mol食盐中有NA个氯离子和NA个钠离子，离子总数为2NA，因为摩尔体积V与摩尔质量M和物质密度ρ的关系为V＝，
所以一个离子所占的体积为
V0＝＝
由题图可知V0就是图中每四个离子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＝d＝
＝1.41× m
≈4×10－10 m.
【答案】 4×10－10 m
