1 固体
[学习目标] 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)
一、晶体和非晶体
1．固体可以分为晶体和非晶体两类．石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体．
2．单晶体具有确定的几何形状，多晶体和非晶体没有确定的几何形状，我们在初中已经学过，晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点．
3．有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，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，这叫作各向同性．由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体是各向同性的．
二、晶体的微观结构
1．规则性
单晶体的原子(分子、离子)都按照各自的规则排列，具有空间上的周期性．
2．变化或转化
在不同条件下，同种物质的微粒按照不同规则在空间排列，可以生成不同的晶体，例如石墨和金刚石．有些晶体在一定条件下可以转化为非晶体，例如天然水晶熔化后再凝固成石英玻璃．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(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)所有晶体在不同方向上物质微粒的排列情况都相同． (×)
(4)晶体内部微粒的排列毫无规则． (×)
(5)有些非晶体和晶体之间在一定条件下可以相互转化． (√)
2．(多选)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．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
BDE [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，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．]
3．(多选)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
ACD [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．]
晶体和非晶体
1．单晶体的特征
(1)具有天然的规则外形，这种规则的外形不是人工造成的．
(2)物理性质各向异性，这是单晶体区别于非晶体和多晶体最重要的特性，是判断单晶体最主要的依据．
(3)具有一定的熔点，单晶体在这一点上和多晶体没有区别．从宏观上区分晶体和非晶体的重要依据是看有无一定的熔点．
2．多晶体和非晶体
(1)多晶体虽无天然规则的几何形状，物理性质各向同性，但组成多晶体的晶粒都有规则的几何形状，每一个晶粒都具有单晶体的特征和物理性质，这是多晶体和非晶体在内部结构上的区别．
(2)多晶体与非晶体在宏观上的区别在于多晶体具有一定的熔点，非晶体则没有，例如很多同学认为玻璃应是多晶体，但实验证明玻璃没有一定的熔点，故应是非晶体．
3．正确理解单晶体的各向异性
(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．
(2)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．
【例1】 (多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )
A．可以根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶体
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，如果沿其各条直线方向的导电性不同，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，则这块晶体一定是多晶体
E．判断晶体和非晶体可以根据有没有确定的熔点
CDE [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，C、D、E正确．]
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．
1．(多选)在图甲、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
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
ABC [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．]
晶体的微观结构
1.晶体内部的微粒是按各自的规则排列着的，具有空间上的周期性．如图所示是食盐晶体中氯离子和钠离子分布的示意图．
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．例如，碳原子如果按图甲那样排列，就成为石墨，而按图乙那样排列，就成为金刚石．
甲．石墨 乙．金刚石
3．说明
(1)原子(或者分子、离子)并不是像结构图上所画的那些点一样静止不动，它们时刻都在不停地振动，结构图中所画的那些点，是它们振动的平衡位置．
(2)同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是说，物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的．例如，天然水晶是晶体，而熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)就是非晶体．有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体．
【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
ABD [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．]
晶体各向异性的原因
(1)单晶体物理性质的不同取决于其微观结构，单晶体的物质微粒是按照一定的规则在空间中整齐地排列着，有规则的几何外形，在物理性质上表现为各向异性．
(2)多晶体是由许许多多晶粒组成的，晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，无规则的几何外形，多晶体在物理性质上表现为各向同性．
2．(多选)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
ACD [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．]
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.固体可以分为晶体和非晶体.
2.晶体和非晶体的区别.
3.固体的微观结构.
1．(多选)下列说法正确的是( )
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
ACD [单晶体具有各向异性，故只要具有各向异性的固体必定是晶体，故A正确；非晶体和多晶体均显示各向同性，故不显示各向异性的物体不一定是非晶体，还可能是多晶体，故B错误；晶体均具有确定的熔点，非晶体不具有确定的熔点，所以具有确定熔点的物体必是晶体，不具有确定的熔点的固体就必定是非晶体，故C、D正确．]
2．(多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )
A．单晶体有规则的几何形状
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
ACD [单晶体一定具有规则的几何形状，故A正确；多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，所以具有各向同性，故B错误；不论是单晶体还是多晶体，熔化时具有一定的熔点，故C正确；晶体和非晶体在适当的条件下是可以相互转化的，如天然石英为晶体，而人为熔化后将变成非晶体，故D正确．]
3．关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )
A．有规则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．非晶体不可能转化为晶体
D．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点
D [因为外形是否规则可以用人工的方法处理，所以选项A错误；多晶体在物理性质上是各向同性的，选项B错误；实验证明非晶体在适当的条件下可以转化为晶体，选项C错误；晶体与非晶体的区别表现在是否有确定的熔点，选项D正确．]
4．下列说法错误的是( )
A．晶体具有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的
B．有的物质能够生成种类不同的几种晶体，因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构
C．凡各向同性的物质一定是非晶体
D．晶体的各向异性是由晶体的内部结构决定的
C [晶体的外形、物理性质都是由晶体的微观结构决定的，A、B、D正确；各向同性的物质不一定是非晶体，多晶体也具有这样的性质，C错误．]
课件46张PPT。第九章 固体、液体和物态变化1 固体晶体 非晶体 晶体 非晶体 确定 确定 有确定 没有确定的熔点 各向异性 各向同性 单晶体 各向同性 空间 不同规则 在一定条件下
××××√晶体和非晶体晶体的微观结构 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十)
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
选择题(本题共8小题，每小题6分)
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．常见的金属材料是多晶体
B．只有非晶体才显示各向同性
C．凡是具有天然的规则几何外形的物体必定是单晶体
D．有确定熔点的是单晶体和多晶体，没有确定熔点的是非晶体
E．晶体在物理性质上一定是各向异性的
ACD [固体分晶体和非晶体．晶体又分单晶体和多晶体，常见的金属材料是多晶体，A正确；非晶体和多晶体显示各向同性，单晶体显示各向异性，B、E错误；单晶体具有天然的规则几何外形，C正确；有确定熔点的是单晶体和多晶体，没有确定熔点的是非晶体，D正确．]
2．(多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )
A．具有各向同性的物体一定没有固定的熔点
B．晶体熔化时，温度不变，但内能变化
C．通常的金属材料在各个方向上的物理性质都相同，所以这些金属都是多晶体
D．晶体和非晶体在适当条件下可以相互转化
E．由同一种化学成分形成的物质只能以一种晶体结构的形式存在
BCD [多晶体显示各向同性，但具有固定的熔点，A错；晶体熔化时，其温度虽然不变，但其内部结构可能发生变化，则内能就可能发生变化，故B对；金属材料虽然显示各向同性，并不意味着一定是非晶体，可能是多晶体，故C、D对；同一种元素形成的物质能生成不同的晶体，E错．]
3．(多选)下列说法中正确的是( )
A．化学成分相同的物质只能生成同一种晶体
B．虽然石英是晶体，但是由石英制成的玻璃却是非晶体
C．普通玻璃是非晶体
D．一块铁虽然是各向同性的，但它是多晶体
E．具有确定熔点的物体一定是单晶体
BCD [化学成分相同的物质微粒可能形成不同的空间结构，从而可生成多种晶体，如石墨和金刚石，故A错；石英是晶体，而石英制成的玻璃却是非晶体，晶体与非晶体之间是可以互相转化的，故B、C正确；金属是多晶体，故D正确；单晶体和多晶体都具有确定的熔点，故E错．]
4．(多选)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
E．晶体的微粒按空间点阵排列
ADE [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、E.]
5．(多选)某一物体具有各向异性，则下列判断中不正确的是( )
A．该物体可能是非晶体
B．该物体一定是晶体
C．该物体一定是单晶体
D．该物体不一定是单晶体
E．仅根据具有各向异性，无法确定是否为单晶体
ADE [晶体分单晶体和多晶体，只有单晶体具有各向异性，故B、C正确．]
6．(多选)关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是( )
A．同种物质不可能呈现晶体和非晶体两种不同的形态
B．晶体中原子(或分子、离子)都按照一定规则排列，具有空间上的周期性
C．单晶体和多晶体都具有各向异性的物理性质
D．只有单晶体才表现出各向异性
E．单晶体具有规则的外形是由于它的微粒按一定规律排列
BDE [理论和实验证明非晶体具有不稳定状态，在适当的条件下会变成晶体，所以A错误；晶体分子的排列有规则，在空间上有周期性，所以B、E正确；单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性，所以C错误，D正确．]
7．(多选)下列说法正确的是( )
A．只要是具有各向异性的物体必定是单晶体
B．只要是不显示各向异性的物体必定是非晶体
C．只要是具有固定熔点的物体必定是晶体
D．只要是不具有固定熔点的物体必定是非晶体
E．只要是由同一种化学成分形成的物质必定是晶体
ACD [多晶体和非晶体都具有各向同性，只有单晶体各向异性，故B错，A对；晶体一定有固定的熔点，而非晶体无固定的熔点，故C、D均正确；同一种元素会由于微粒的空间点阵结构不同而生成不同的同素异形体，而同一种元素的同素异形体可以是晶体也可以是非晶体，E错误．]
8．(多选)2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·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的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0.34 mm的石墨烯，是碳的二维结构．如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法中正确的是( )
石墨的微观结构 石墨烯的微观结构
A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体
B．石墨是单质，石墨烯是化合物
C．石墨、石墨烯与金刚石都是晶体
D．他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的
E．石墨和石墨烯都是单质
CDE [晶体结构的特点是原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，石墨、石墨烯与金刚石都是晶体，A错误，C正确；石墨、石墨烯都是单质，B错误，E正确；通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开而得到石墨烯的方法是物理方法，D正确．]
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分)
1．(多选)下列叙述错误的是( )
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差很多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布
CD [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．]
2．(多选)一块密度和厚度都均匀分布的矩形被测样品，长AB是宽AC的两倍，如图所示．若用多用电表沿两对称轴O1O1′和O2O2′测其电阻，阻值关系为R1＝2R2，则这块样品可能是( )
A．单晶体 B．多晶体
C．非晶体 D．金属
E．无法判断
BCD [沿O1O1′和O2O2′两对称轴测该长方体所测得电阻值不相同，且＝，说明该物质沿O1O1′和O2O2′方向电阻率(即导电性能)相同，即表现出各向同性的物理性质，故A、E选项错误，B、C、D选项正确．]
3．(多选)关于晶体和非晶体，下列叙述中正确的是( )
A．晶体一定有规则的几何形状，但其物理性质不一定都是各向异性的
B．单晶体具有规则的几何外形是由于它的微粒按一定规则排列
C．晶体的各向异性是由于它的微粒按一定的规则在空间排列
D．石墨的硬度比金刚石差得多是由于它们的微粒按不同的规则在空间分布
E．可以根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶体
BCD [晶体分单晶体和多晶体，多晶体形状不规则，故A错；单晶体内部的微粒按一定规则排列，使单晶体具有规则的几何形状，故B对；晶体的各向异性是由于它的微粒按一定的规则在空间排列，故C对；石墨与金刚石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，D对；多晶体和非晶体都具有各向同性，E错．]
4．(多选)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地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
E．所谓空间点阵与空间点阵的结点就是晶体的中心
ACD [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中所说的分子，显然，组成晶体的物质微粒处于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，而不是固定不动，所以B、E错误．]
二、非选择题(本题共2小题，共28分)
5．(12分)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结构．如图所示的照片是一些晶体材料表面的STM图象，通过观察、比较，可以看到这些材料表面的原子排列有着共同的特点，这些共同的特点是：
(1)__________________________________________________；
(2)__________________________________________________．
[解析] (1)在确定的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．
(2)原子排列具有一定的对称性．
[答案] 见解析
6．(16分)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，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，温度就会升高．
[答案] 见解析
