第一节 晶体和非晶体
第二节 晶体的微观结构
第三节 固体新材料
学 习 目 标
重 点 难 点
1.了解固体的微观结构，会区别晶体和非晶体，列举生活中常见的晶体和非晶体.
2.了解材料科学技术的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响.
1.区别晶体和非晶体．(重点)
2.固体的微观结构．(难点)
一、晶体和非晶体
1．基本知识
(1)固体的分类
固体可分为晶体、非晶体两类．
(2)各向异性与各向同性
晶体在不同的方向上不仅机械强度、导热性能不同，而且导电性能和对光的折射率等其他物理性质也不一样．这类现象称为各向异性．非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，这叫做各向同性．
(3)单晶体：具有规则外形、各向异性、有确定熔点的单个晶体．
(4)多晶体：由许多无规则排列晶粒构成的晶体．
(5)非晶体：外形不规则，各向同性，没有一定熔点的固体物质．
(6)同种物质的不同状态
某种物质是晶体还是非晶体并不是截然划分的．通过人工的方法可以使晶体转变为非晶体．
2．思考判断
(1)常见的金属材料都是多晶体． (√)
(2)凡是具有规则的天然几何形状的物体必定是单晶体． (√)
(3)多晶体和非晶体熔化时都没有确定的熔点． (×)
3．探究交流
某固体没有确定的形状，怎样判断它是非晶体，还是多晶体？
【提示】 看有无确定的熔点，有确定的熔点的是多晶体，没有确定熔点的是非晶体．
二、晶体的微观结构
1．基本知识
(1)晶体的微观结构假说的内容：晶体内部的微粒是有规则地排列着的．
(2)假说提出的依据：晶体外形的规则性和物理性质的各向异性．
(3)实验验证：人们用X射线对晶体的内部结构进行研究后证实了晶体的内部粒子有规则排列的假说是正确的．
(4)微观结构理论的内容：
①组成晶体的物质微粒(原子、分子或离子)按一定的规律在空间整齐排列．
②晶体内部各微粒之间存在着很强的相互作用，微粒只能在一定的平衡位置附近做微小振动．
2．思考判断
(1)晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列． (√)
(2)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． (√)
(3)石墨的硬度比金刚石的差得多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布． (×)
3．探究交流
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．
三、固体新材料
1．基本知识
新材料的基本特征
(1)新材料有优异的性能和广阔的应用前景．
(2)新材料的发展与新工艺、新技术密切相关．
(3)新材料往往具有特殊性能，如超高强度、超高硬度、超塑性．
(4)新材料的研发和应用推动了人类文明和社会的进步．
(5)硅是当前用途最广的半导体材料．
2．思考判断
(1)在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性．
(√)
(2)在极低的温度下，纯净的半导体像绝缘体一样不导电． (√)
(3)在化学性能方面，纳米材料化学活性低，因此化学稳定性强． (×)
晶体和非晶体
【问题导思】
1．是不是只要有规则几何形状的固体就是晶体，无规则几何形状的固体就是非晶体呢？
2．我们可以从哪些方向正确区分单晶体、多晶体和非晶体呢？
1．晶体、非晶体的区别与联系
(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)单晶体、多晶体、非晶体的联系
①晶体与非晶体：具有一定形状、体积、不易压缩．
②单晶体与多晶体：有固定的熔点．
③多晶体与非晶体：没有规则外形，各向同性．
2．晶体和非晶体的判断
(1)根据几何形状判断：单晶体具有天然规则的几何形状，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黏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．
3．正确理解单晶体的各向异性
(1)单晶体的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弹性、硬度、导热性能、导电性能、磁性等．
(3)单晶体具有各向异性，并不是说每一种单晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性，举例如下：
①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．
②方铅矿石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．
③立方体形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．
④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．
(双选)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．晶体在物理性质上一定是各向异性的
C．晶体熔化时具有一定的熔点
D．晶体和非晶体在适当的条件下是可以相互转化的
【审题指导】 解答本题应把握以下两点：
(1)晶体与非晶体各自的宏观特征．
(2)晶体和非晶体可以相互转化．
【解析】 由于外形是否规则可以用人工的方法处理，所以选项A错误．因为晶体可以分为单晶体和多晶体，而多晶体在物理性质上是各向同性的，所以选项B错误．因为晶体在物理性质上的重要特征之一是具有一定的熔点，所以选项C正确．理论和实验都证明非晶体是不稳定状态，在适当的条件下会变成晶体，因此D正确．
【答案】 CD
晶体与非晶体的区别主要表现在有无确定的熔点上，而不能靠是否有规则的几何外形来辨别.因为虽然单晶体有规则的几何外形，但多晶体与非晶体一样都没有规则的几何外形.
1．(双选)如图所示的是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线，下列说法正确的是( )
A．甲是晶体 B．乙是晶体
C．甲是非晶体 D．乙是非晶体
【解析】 晶体在熔化过程中不断吸热，但温度保持不变(熔点对应的温度)；而非晶体没有确定的熔点，不断加热，非晶体先变软，然后熔化，温度不断上升．因此，甲对应的是晶体，乙对应的是非晶体．
【答案】 AD
晶体的微观结构
【问题导思】
1．从微观结构上分析，单晶体为什么呈现出各向异性，而多晶体和非晶体为什么呈现出各向同性？
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？
1．对各向异性的微观解释
如图所示，这是在一个平面上晶体物质微粒的排列情况．从图中可以看出，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上最少．正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体在不同方向上物质性质的不同．
2．对熔点的解释
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，温度不发生变化．
3．有的物质有几种晶体，如何解释
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．
(双选)下列说法正确的是( )
A．晶体的各向异性是由于它的微粒在空间按一定的规律排列
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．石墨的硬度与金刚石差得太多，是由于它的微粒没有按一定的规律排列
【审题指导】 解答本题应注意以下两点：
(1)晶体的微观结构决定着晶体的性质．
(2)同种物质由于微粒的空间结构不同，从而有不同的物理性质．
【解析】 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碳原子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度．
【答案】 AB
同种物质可以生成不同的晶体，而且它们具有不同的微粒排列的空间结构，因而也就具有不同的物理性质.除石墨和金刚石外，还有红磷和白磷，白磷原子排列具有立方体结构，红磷原子排列具有层状结构.
2．(双选)关于各向异性的说法正确的是( )
A．不是所有晶体都具有各向异性的特点
B．单晶体和多晶体都具有各向异性的物理性质
C．晶体具有各向异性是由于晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同
D．晶体的物理性质都是各向异性的
【解析】 单晶体具有各向异性，而多晶体具有各向同性，故A正确；多晶体具有各向同性的物理性质，故B错误；由于晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，则为单晶体，故C正确；只有单晶体具有各向异性，而多晶体和非晶体是各向同性的，故D错误．故选A、C.
【答案】 AC
新材料及其应用
【问题导思】
1．日常生活中常见的高分子材料，属于天然高分子材料的有哪些？属于人工合成高分子材料的有哪些？
2．试举例说明纳米材料的特点及应用？
3．新材料对现代文明有哪些作用或影响？
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(1～100 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．
纳米晶体材料在现代科技和国防中具有重要的应用．下列关于晶体的说法正确的是( )
A．晶体内的微观粒子在永不停息地做无规则热运动
B．晶体内的微观粒子间的相互作用很强，使各粒子紧紧地靠在一起
C．晶体的微观粒子在不同方向上排列情况不同
D．晶体的微观粒子在空间排列上没有顺序，无法预测
【审题指导】 解答本题时应注意纳米材料的良好性能主要表现在：
(1)力学性能：高强、高硬和良好塑性．
(2)热学性能：熔点较低．
(3)电学性能：低温时会呈现出电绝缘性．
(4)化学性能：具有相当高的化学活性．
【解析】
【答案】 C
3．纳米材料具有许多奇特效应，如( )
A．电光效应 B．量子尺寸效应
C．高硬度 D．表面和界面效应
【解析】 由纳米材料的良好性能表现知C项正确．
【答案】 C
1．下列各组物质中，全部是晶体的是( )
A．石英、雪花、沥青 B．食盐、橡胶、沥青
C．雪花、明矾、蔗糖 D．味精、云母、橡胶
【解析】 沥青、橡胶是非晶体．
【答案】 C
2．(双选)关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是( )
A．晶体和非晶体都有固定的熔点
B．晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点
C．所有晶体都是各向异性的
D．多晶体没有确定的几何形状
【解析】 晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点，所以选项A错，选项B对．晶体中的单晶体是各向异性的，多晶体是各向同性的，所以选项C错．单晶体有确定的几何形状，多晶体、非晶体没有确定的几何形状，所以选项D对．
【答案】 BD
3．(双选)某球形固体物质，其各向导热性能相同，则该物体( )
A．一定是非晶体
B．可能具有确定的熔点
C．一定是单晶体，因为它有规则的几何外形
D．一定不是单晶体，因为它具有各向同性的物理性质
【解析】 该固体物质各向导热性能相同，说明物理性质具有各向同性，因此可能是多晶体，也可以是非晶体，但一定不是单晶体，所以A、C错．多晶体有一定的熔点，而非晶体则没有一定的熔点，所以B、D对．
【答案】 BD
4．下列说法正确的是( )
A．新材料特殊的性能，不仅包括特殊的物理性能，也包括一些特殊的化学性能
B．制作集成电路时，尽管对硅单晶片的完整性有很高的要求，但是可以允许单晶片内原子的规则排列出现微小的缺陷
C．纳米是长度单位，1 nm＝10－10 m
D．金属薄膜可以配合读写磁头设计的改进，增大磁记录的密度
【解析】 新材料的特殊性能是指物理性能，A错；制作集成电路的硅单晶片是不允许硅单晶片内原子的规则排列出现微小的缺陷的，B错；1 nm＝10－9 m，C错；由于金属薄膜的晶粒尺寸小、晶粒各向异性大，晶粒间的相互交换作用弱，是可以配合读写磁头的改进增大磁记录的密度的，D对．
【答案】 D
课件56张PPT。第二章 固体、液体和气体第一节 晶体和非晶体
第二节 晶体的微观结构
第三节 固体新材料234非晶体晶体5同性异性熔点无规则不规则人工6√ √ × 78各向异性有规则规则性9相互作用整齐排列一定的平衡位置10√ √ × 1112硅新工艺新技术特殊性能13√ √ × 1415晶体和非晶体 16171819202122232425262728晶体的微观结构2930313233343536新材料及其应用 37383940414243444546474849505152535455点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(六)
(建议用时：45分钟)
1．如图所示，四块固体中，属于晶体的是( )
【解析】 石英为晶体，橡胶、魔方(木)、塑料为非晶体．
【答案】 B
2．(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
【解析】 组成晶体的物质微粒是有规则排列的，由于在不同方向上物质微粒的排列情况不同，造成晶体在不同方向上物理性质的不同．所以，正确答案为A、D.
【答案】 AD
3．(双选)在样本薄片上均匀地涂上一层石蜡，然后用灼热的金属针尖点在样本的另一侧面，结果得到如图所示的两种图样，则( )
A．样本A一定是非晶体
B．样本A可能是非晶体
C．样本B一定是晶体
D．样本B不一定是晶体
【解析】 B体现各向异性，一定是晶体；A导热性能各向同性，可能为非晶体，也可能为多晶体．
【答案】 BC
4．(双选)如图所示，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象可以判断( )
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】 由图可知，甲和丙有固定熔点，属于晶体，而乙没有固定熔点，属于非晶体，A对，B错；甲的熔点为t2，丙的熔点为t1，t2＞t1，故C错，D对．
【答案】 AD
5．关于新材料的开发与应用和技术产品与产业进步的关系错误的是( )
A．半导体材料的工业化生产，促进了当前计算机技术的迅猛发展
B．高温高强度的结构材料，为宇航工业奠定了基础
C．低消耗的光导纤维是现代光纤通信的重要材料
D．在远古时代，人们就已经开始利用半导体制造电器了
【解析】 在人类历史上，曾经历了石器时代、青铜器时代和铁器时代，不同材料的应用体现了不同的生产力水平．远古时代，人们选择石器做工具，它是当时自然界中最硬的材料了.20世纪下半叶进入新技术革命时代，新材料成为各个高技术领域发展的突破口；半导体材料的工业化生产，大力促进了计算机技术的发展；高温高强度的结构材料，为宇航工业奠定了基础；低消耗的光导纤维，是现代光纤通信的重要材料．故选D.
【答案】 D
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，在空间中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理微粒的性质不同
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
【解析】 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.
【答案】 C
7．(双选)如图所示，ABCD是一厚度均匀的由同一种材料构成的圆板．AB和CD是互相垂直的两条直径，把圆板从图示位置转为90°后电流表读数发生了变化(两种情况下都接触良好)，关于圆板下列说法正确的是( )
A．圆形板是非晶体
B．圆形板是多晶体
C．圆形板是单晶体
D．圆形板在各个方向导电性不同
【解析】 圆板从图示位置转90°后电流表读数发生变化，说明圆板在不同方向上的导电性能不同，具有各向异性．故正确选项为C、D.
【答案】 CD
8．(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．铝合金既轻又强，被誉为“未来的钢铁”，可制造超音速飞机的宇宙飞船
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
【解析】 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．
【答案】 AC
9.如图所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T.从图中可以确定的是( )
A．晶体和非晶体均存在固定的熔点T0
B．曲线M的bc段表示固液共存状态
C．曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态
D．曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态
【解析】 晶体有固定的熔点，非晶体无固定的熔点，在熔化过程中，是固液共存的，故B正确．
【答案】 B
10．节能减排是今年政府的重要工作，现代建筑出现了一种新设计：在墙面的装饰材料中均匀混入小颗粒状的小球，球内充入一种非晶体材料，当温度升高时，球内材料熔化吸热，当温度降低时，球内材料凝固放热，使建筑内温度基本保持不变．下列四个图象中，表示球内材料的熔化图象的是( )
【解析】 晶体有固定的熔点，在熔化过程中当温度达到熔点后，不断吸热，但温度却保持在熔点温度，直到晶体全部熔化；而非晶体没有固定的熔点，在熔化过程中不断吸热，先变软，然后熔化，在此过程中温度不断上升．
【答案】 C
11．如图所示是萘晶体的熔化曲线，由图可知，萘的熔点是________，熔化时间为________．
若已知萘的质量为m，固态时比热容为c1，液态时比热容为c2，熔化热为λ，试完成下列表格．
过程
状态
吸热后能的转换
吸热计算式
A→B
B→C
C→D
【解析】 晶体温度升高时，吸收的热量由Q＝cmΔt计算，吸收的热量主要增加分子的平均动能．晶体熔化过程中温度不变，分子的平均动能不变，吸收的热量完全用于增加分子势能，吸收的热量由Q＝λm计算．
【答案】 T2 t2－t1
状态
吸热后能的转换
吸热计算式
固态
主要增加分子的平均动能
Q1＝c1m(T2－T1)
固液共存
完全用于增加分子的势能
Q2＝λ·m
液态
大部分增加分子的平均动能
Q3＝c2m(T3－T2)
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，从而可以研究物质的构成规律．如图中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：
(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
