
一、晶體和非晶體
1.固體的分類(lèi)及性質(zhì)
2.晶體的分類(lèi)及性質(zhì)
1.常見(jiàn)的金屬?zèng)]有規(guī)則的形狀,但具有確定的熔點(diǎn)。它們是晶體還是非晶體?
答案 金屬雖然沒(méi)有規(guī)則的幾何外形,但是有確定的熔點(diǎn),所以金屬是晶體。
2.在玻璃片和云母片上分別涂上一層很薄的石蠟,然后用燒熱的鋼針去接觸玻璃片及云母片的另一面,石蠟熔化,如圖所示,那么你看到的現(xiàn)象及得出的結(jié)論是什么?
答案 玻璃片上石蠟的熔化區(qū)域呈圓形,說(shuō)明玻璃片沿各個(gè)方向的導(dǎo)熱性能相同。云母片上石蠟的熔化區(qū)域呈橢圓形,說(shuō)明云母片沿各個(gè)方向的導(dǎo)熱性能不相同。
3.某人為了檢驗(yàn)一塊薄片物質(zhì)是否為晶體,做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。他以薄片的正中央O為坐標(biāo)原點(diǎn),建立Oxy平面直角坐標(biāo)系,在兩個(gè)坐標(biāo)軸上分別取兩點(diǎn)x1和y1,使x1和y1到O點(diǎn)的距離相等。在x1和y1上分別固定一個(gè)測(cè)溫元件,再把一個(gè)針狀熱源放在O點(diǎn),發(fā)現(xiàn)x1點(diǎn)和y1點(diǎn)的溫度在緩慢升高,但兩點(diǎn)溫度的高低沒(méi)有差異。于是得出結(jié)論:這塊薄片是非晶體。請(qǐng)說(shuō)明:以上結(jié)論科學(xué)嗎?為什么?
答案 不科學(xué)。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明該均勻薄片在x、y兩個(gè)方向上導(dǎo)熱性能相同,但不能因此就確定這塊薄片是非晶體,因?yàn)榫w有可能在導(dǎo)熱性能上表現(xiàn)為各向同性,而在其他性質(zhì)上表現(xiàn)為各向異性;由于多晶體具有各向同性,該薄片也有可能是多晶體。
(1)所有晶體都具有天然、規(guī)則的幾何外形。( × )
(2)沒(méi)有確定的熔化溫度的固體一定是非晶體。( √ )
(3)物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性的一定是非晶體。( × )
(4)單晶體的各向異性是指在每一種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)為各向異性。( × )
(5)某一大塊晶體粉碎成形狀相同的顆粒,每個(gè)顆粒為一個(gè)單晶體。( × )
例1 隨著科技的發(fā)展國(guó)家對(duì)晶體材料的研究越來(lái)越深入,尤其是對(duì)稀土晶體的研究,已經(jīng)走在世界的前列。關(guān)于晶體和非晶體,下列說(shuō)法正確的是( )
A.晶體都有規(guī)則的幾何外形,非晶體則沒(méi)有規(guī)則的幾何外形
B.具有規(guī)則幾何外形的物體就是單晶體
C.多晶體是由單晶體組合而成的,但單晶體表現(xiàn)為各向異性,多晶體表現(xiàn)為各向同性
D.石墨和金剛石都是晶體,但石墨是單晶體,金剛石是多晶體
答案 C
解析 單晶體有規(guī)則的幾何外形,多晶體和非晶體則沒(méi)有規(guī)則的幾何外形,故A錯(cuò)誤;單晶體具有天然的幾何外形,但有些非晶體可以被塑造成規(guī)則的幾何外形,比如正方體玻璃器件,故B錯(cuò)誤;根據(jù)多晶體與單晶體的特點(diǎn)可知,單晶體的某些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性,多晶體和非晶體的物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性,故C正確;石墨和金剛石都是晶體,金剛石是單晶體,故D錯(cuò)誤。
例2 (2022·廣州市培正中學(xué)高二月考)在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上蠟,用燒熱的針接觸其背面一點(diǎn),蠟熔化的范圍如圖(a)所示,而甲、乙、丙三種固體在熔化過(guò)程中溫度隨加熱時(shí)間變化的關(guān)系圖像如圖(b)所示,則( )
A.甲、乙是非晶體,丙是晶體
B.甲、丙是晶體,乙是非晶體
C.甲、丙是非晶體,乙是晶體
D.甲是非晶體,乙是多晶體,丙是單晶體
答案 B
解析 由題圖(b)知,甲、丙有確定的熔點(diǎn),乙沒(méi)有確定的熔化溫度,所以甲、丙是晶體,乙是非晶體,由題圖(a)知,甲、乙的導(dǎo)熱性能呈各向同性,丙的導(dǎo)熱性能呈各向異性,所以丙是單晶體,B正確。
判斷晶體與非晶體、單晶體與多晶體的方法
1.區(qū)分晶體與非晶體的方法:看其有無(wú)確定的熔點(diǎn),晶體具有確定的熔點(diǎn),而非晶體沒(méi)有確定的熔化溫度。僅從各向同性或者幾何形狀不能判斷某一固體是晶體還是非晶體。
2.區(qū)分單晶體與多晶體的方法:看其是否具有各向異性,單晶體某些物理性質(zhì)表現(xiàn)出各向異性,而多晶體表現(xiàn)出各向同性。
二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)
單晶體具有規(guī)則的幾何外形,物理性質(zhì)方面表現(xiàn)為各向異性,而非晶體沒(méi)有規(guī)則的幾何外形,并且物理性質(zhì)方面表現(xiàn)為各向同性。產(chǎn)生這些不同的根本原因是什么呢?
答案 它們的微觀結(jié)構(gòu)不同。
1.在各種晶體中,原子(或分子、離子)都是按照一定的規(guī)則排列的,具有空間上的周期性。
2.有的物質(zhì)在不同條件下能夠生成不同的晶體。那是因?yàn)榻M成它們的微粒能夠按照不同規(guī)則在空間分布,例如碳原子按不同的空間分布排列可形成石墨和金剛石。
3.同一種物質(zhì)也可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)。有些非晶體在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化為晶體。
1.如圖為石墨和金剛石的微觀結(jié)構(gòu)圖,石墨和金剛石都是由碳原子組成的,為什么石墨很軟,而金剛石卻很堅(jiān)硬呢?
答案 金剛石中碳原子間的作用力很強(qiáng),而石墨是層狀結(jié)構(gòu),層與層之間距離較大,原子間的作用力比較弱,所以金剛石很堅(jiān)硬,石墨卻很松軟。
2.如圖所示是一個(gè)平面上晶體微粒排列的情況。請(qǐng)觀察沿不同方向單位長(zhǎng)度上微粒的數(shù)目是否相同,并思考引起晶體各向異性的原因。
晶體各向異性的微觀解釋
答案 由晶體微粒的排列情況可知,沿不同方向單位長(zhǎng)度上微粒的數(shù)目均不相同,正是這種不同,使晶體的物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性。
例3 (多選)下列說(shuō)法正確的是( )
A.固體可以分為晶體和非晶體兩類(lèi),晶體、非晶體是絕對(duì)的,是不可以相互轉(zhuǎn)化的
B.由同種元素構(gòu)成的固體,可能會(huì)由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體
C.天然石英表現(xiàn)為各向異性,是由于組成該物質(zhì)的微粒在空間有規(guī)則地排列著
D.同種物質(zhì)在不同條件下所生成的晶體微粒的排列規(guī)律相同
答案 BC
解析 固體可以分為晶體和非晶體兩類(lèi),晶體、非晶體是相對(duì)的,在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化,A錯(cuò)誤;天然石英表現(xiàn)為各向異性,是由于組成該物質(zhì)的微粒在空間的排列是規(guī)則的,具有空間上的周期性,C正確;相同物質(zhì)在不同的條件下能夠生成不同的晶體,組成它們的微粒能夠按照不同的排列規(guī)律在空間分布,如金剛石與石墨,B正確,D錯(cuò)誤。
例4 (2022·蘇州市高二期末)2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,以表彰他們?cè)谑┎牧戏矫娴淖吭窖芯浚麄兺ㄟ^(guò)透明膠帶對(duì)石墨進(jìn)行反復(fù)的粘貼與撕開(kāi)使得石墨片的厚度逐漸減小,最終尋找到了厚度只有0.34 nm的石墨烯,是碳的二維結(jié)構(gòu)。如圖所示為石墨、石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上信息和已學(xué)知識(shí)判斷,下列說(shuō)法中正確的是( )
A.石墨是晶體,石墨烯是非晶體
B.石墨是單晶體,石墨烯是多晶體
C.石墨的物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性,石墨烯的物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性
D.他們是通過(guò)物理變化的方法獲得石墨烯的
答案 D
解析 石墨、石墨烯都是單晶體,石墨與石墨烯等都是碳元素的單質(zhì),故A、B錯(cuò)誤;石墨、石墨烯的物理性質(zhì)都表現(xiàn)為各向異性,故C錯(cuò)誤;他們是通過(guò)物理變化的方法獲得石墨烯的,故D正確。
課時(shí)對(duì)點(diǎn)練
考點(diǎn)一 晶體和非晶體
1.(2022·鹽城市伍佑中學(xué)高二月考)關(guān)于晶體和非晶體,下列說(shuō)法正確的是( )
A.可以根據(jù)各向同性或各向異性來(lái)鑒別晶體和非晶體
B.一塊均勻薄片,沿各個(gè)方向?qū)λ┘永Γl(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度一樣,則此薄片一定是非晶體
C.一個(gè)固體球,如果沿其各條直徑方向的導(dǎo)電性能不同,則該球一定是單晶體
D.一塊晶體,若其各個(gè)方向的導(dǎo)熱性能相同,則一定是單晶體
答案 C
解析 物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性的可以是多晶體,也可以是非晶體,故不能根據(jù)各向異性或各向同性來(lái)鑒別晶體和非晶體,故A錯(cuò)誤;沿各個(gè)方向?qū)σ粔K均勻薄片施加拉力,發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度一樣,表現(xiàn)出各向同性,可能是多晶體,故B錯(cuò)誤;一個(gè)固體球,如果沿其各條直徑方向的導(dǎo)電性能不同,即具有各向異性,則該球一定是單晶體,故C正確;一塊晶體,若其各個(gè)方向的導(dǎo)熱性能相同,表現(xiàn)出各向同性,可能是多晶體,故D錯(cuò)誤。
2.(2022·惠州市高二期中)甲、乙兩種薄片的表面分別涂有薄薄的一層石蠟,然后用燒熱鋼針的針尖分別接觸這兩種薄片石蠟涂層的背面,接觸點(diǎn)周?chē)刍说氖灧謩e形成如圖所示形狀,對(duì)這兩種薄片,下列說(shuō)法中正確的是( )
A.甲的熔點(diǎn)一定高于乙的熔點(diǎn)
B.甲一定是晶體
C.乙一定是晶體
D.乙一定是非晶體
答案 B
解析 單晶體表現(xiàn)為各向異性,熔化了的石蠟形成橢圓形,非晶體和多晶體表現(xiàn)為各向同性,則熔化了的石蠟形成圓形,無(wú)法確定熔點(diǎn)的高低,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。
3.如圖所示,甲、乙、丙三種固體物質(zhì),質(zhì)量相等,從其溫度隨時(shí)間變化的圖像可以判斷( )
A.甲是晶體,乙、丙是非晶體
B.乙是晶體,甲、丙是非晶體
C.乙是非晶體,甲的熔點(diǎn)比丙的熔點(diǎn)低
D.乙是非晶體,甲的熔點(diǎn)比丙的熔點(diǎn)高
答案 D
解析 晶體有確定的熔點(diǎn),非晶體沒(méi)有確定的熔化溫度,由題圖可知,甲、丙兩物質(zhì)在熔化過(guò)程中都有溫度不變的過(guò)程,所以甲、丙是晶體,同理可知,乙是非晶體。進(jìn)一步分析可知,甲的熔點(diǎn)比丙的熔點(diǎn)高,故D正確,A、B、C錯(cuò)誤。
4.一塊厚度和密度都均勻分布的長(zhǎng)方體被測(cè)樣品,長(zhǎng)AB是寬AD的兩倍,如圖所示。如果用多用電表的歐姆擋沿兩個(gè)對(duì)稱軸O1O1′和O2O2′方向測(cè)量,結(jié)果阻值均為R,則這塊樣品可能是( )
A.單晶體 B.多晶體
C.非晶體 D.普通金屬
答案 A
解析 用多用電表的歐姆擋沿兩個(gè)對(duì)稱軸O1O1′、O2O2′方向測(cè)量結(jié)果均相同,說(shuō)明該樣品沿O1O1′和O2O2′方向電阻率(即導(dǎo)電性能)不同,即物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性,A正確,B、C錯(cuò)誤。如果是普通金屬,可以分析出沿O1O1′方向電阻比較大,D錯(cuò)誤。
考點(diǎn)二 晶體的微觀結(jié)構(gòu)
5.石墨和金剛石性質(zhì)有很大差異,是由于( )
A.石墨是各向異性的,而金剛石是各向同性的
B.它們的化學(xué)成分不同
C.它們都是各向同性的
D.組成它們的物質(zhì)微粒按不同的規(guī)則排列
答案 D
解析 物質(zhì)的物理性質(zhì)由物質(zhì)微粒的微觀結(jié)構(gòu)決定,故D選項(xiàng)正確。
6.(2022·北京市豐臺(tái)區(qū)高二月考改編)下列關(guān)于固體的敘述,正確的是( )
A.晶體的各向異性是由于它的微粒按空間點(diǎn)陣排列
B.多晶體內(nèi)部的分子排列是不規(guī)則的
C.同種元素的原子按不同結(jié)構(gòu)排列有相同的物理性質(zhì)
D.石墨的硬度比金剛石差得多,是由于它的微粒沒(méi)有按空間點(diǎn)陣分布
答案 A
解析 晶體內(nèi)部微粒排列的空間結(jié)構(gòu)決定著晶體的物理性質(zhì)是否具有各向異性,故A正確;由晶體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知,晶體內(nèi)部的分子是有規(guī)則地、周期性地在空間排列,故B錯(cuò)誤;同種元素的原子按不同結(jié)構(gòu)排列有不同的物理性質(zhì),故C錯(cuò)誤;石墨與金剛石的硬度相差甚遠(yuǎn)是由于它們內(nèi)部微粒的排列結(jié)構(gòu)不同,石墨的層狀結(jié)構(gòu)決定了它們質(zhì)地柔軟,而金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了其中碳原子間的作用力很強(qiáng),所以金剛石有很大的硬度,故D錯(cuò)誤。
7.晶體內(nèi)部的分子有序排列為如圖所示的空間點(diǎn)陣(圖中的小黑點(diǎn)表示晶體分子),圖中AB、AC、AD為等長(zhǎng)的三條線段。下列說(shuō)法正確的是( )
A.A處的晶體分子可以沿三條線方向發(fā)生定向移動(dòng)
B.三條線段上晶體分子的數(shù)目相同,表明晶體的物理性質(zhì)是各向同性的
C.三條線段上晶體分子的數(shù)目不同,表明晶體的物理性質(zhì)是各向異性的
D.以上說(shuō)法均不正確
答案 C
解析 晶體中的分子只在平衡位置附近振動(dòng),不會(huì)沿三條線方向發(fā)生定向移動(dòng),故A錯(cuò)誤;三條線段上晶體分子的數(shù)目不同,表明晶體的物理性質(zhì)是各向異性的,故B、D錯(cuò)誤,C正確。
8.(2022·南京市高二期末)食鹽是我們生活中不可缺少的調(diào)味品,通過(guò)研究,我們知道了食鹽的微觀結(jié)構(gòu)如圖所示。則下列說(shuō)法正確的是( )
A.食鹽晶體是正六面體形
B.食鹽所有的物理性質(zhì)都具有各向異性
C.食鹽顆粒受潮粘連成食鹽塊時(shí),形狀不規(guī)則,是非晶體
D.食鹽在熔化時(shí),要吸收熱量,溫度保持不變,所以內(nèi)能也不變
答案 A
解析 食鹽晶體是正六面體形,選項(xiàng)A正確;食鹽具有各向異性,但并非所有的物理性質(zhì)都具有各向異性,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;食鹽顆粒受潮粘連成食鹽塊時(shí),形狀不規(guī)則,但仍是晶體,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;食鹽在熔化時(shí),要吸收熱量,溫度保持不變,所以內(nèi)能增加,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
9.(2022·常州市高二期中)2020年,“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器順利完成月球采樣任務(wù)并返回地球。探測(cè)器上裝有用石英制成的傳感器,其受壓時(shí)表面會(huì)產(chǎn)生大小相等、符號(hào)相反的電荷,即“壓電效應(yīng)”。如圖所示,石英晶體沿垂直于x軸晶面上的壓電效應(yīng)最顯著。關(guān)于石英晶體,下列說(shuō)法正確的是( )
A.沒(méi)有確定的熔點(diǎn)
B.具有各向同性的壓電效應(yīng)
C.沒(méi)有確定的幾何形狀
D.是單晶體
答案 D
解析 晶體有確定的熔點(diǎn),非晶體沒(méi)有確定的熔化溫度,石英是單晶體,有確定的熔點(diǎn),有確定的幾何形狀,A、C錯(cuò)誤,D正確;沿垂直于x軸晶面上的壓電效應(yīng)最顯著,其他方向不明顯,故具有各向異性的壓電效應(yīng),B錯(cuò)誤。
10.(多選)國(guó)家游泳中心——水立方,像一個(gè)藍(lán)色透明的“冰塊”,透過(guò)它,游泳中心內(nèi)部設(shè)施盡收眼底。這種獨(dú)特的感覺(jué)來(lái)源于建筑外墻采用了一種叫ETFE(四氟乙烯和乙烯的共聚體)的膜材料,這種膜材料屬于非晶體,那么它具有的特性是( )
A.在物理性質(zhì)上具有各向同性
B.在物理性質(zhì)上具有各向異性
C.有確定的熔化溫度
D.可以做成規(guī)則形狀的物體
答案 AD
解析 非晶體沒(méi)有確定的熔化溫度,在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性,可以人工加工成規(guī)則形狀的物體,故A、D正確。
11.(2022·江蘇高二期中)如圖所示為石墨、石墨烯的微觀結(jié)構(gòu),石墨烯是單層的石墨,可以通過(guò)剝離石墨而獲得,是現(xiàn)有材料中厚度最薄、強(qiáng)度最高、導(dǎo)熱性最好的新型材料。下列說(shuō)法正確的是( )
A.單層石墨烯的厚度約在厘米數(shù)量級(jí)
B.石墨烯可以通過(guò)物理方法獲得
C.石墨和石墨烯中的碳原子都固定在六邊形的頂點(diǎn)不動(dòng)
D.石墨烯熔化過(guò)程中吸熱,碳原子的平均動(dòng)能增加
答案 B
解析 單層石墨烯的厚度約為0.335 nm,故A錯(cuò)誤;由題意可知,可以通過(guò)剝離石墨而獲得石墨烯,所以石墨烯可以通過(guò)物理方法獲得,故B正確;石墨中的碳原子是運(yùn)動(dòng)的,故C錯(cuò)誤;石墨烯是晶體,熔化過(guò)程中吸熱,溫度不變,碳原子的平均動(dòng)能不變,故D錯(cuò)誤。
12.(2022·山東高二期中)北京冬奧會(huì)中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)突破人工造雪核心技術(shù)“冰狀雪”的難關(guān),成功制造出適應(yīng)大陸性季風(fēng)氣候特點(diǎn)的合格“冰狀雪”?!氨鶢钛笨梢詼p小雪道表面與滑雪板間的摩擦力,保證雪道表面不易變形。即使在運(yùn)動(dòng)員高速轉(zhuǎn)向的情況下,也能保證雪道表面平整光滑。不論選手第幾個(gè)出場(chǎng),雪道都可以處于相對(duì)完美的狀態(tài),以此確保比賽的公平性。已知普通雪密度是每立方厘米0.1克至0.4克,而“冰狀雪”密度則需要達(dá)到每立方厘米0.65克。下列說(shuō)法正確的是( )
A.“冰狀雪”沒(méi)有規(guī)則的形狀,是非晶體
B.在同樣條件下,同體積的“冰狀雪”比自然雪熔化得慢
C.3 ℃的水通過(guò)造雪機(jī)轉(zhuǎn)化為雪時(shí),需要吸收熱量
D.“冰狀雪”熔化成水的過(guò)程中溫度會(huì)不斷變化
答案 B
解析 “冰狀雪”有固定的熔點(diǎn),是晶體,故A錯(cuò)誤;“冰狀雪”密度較大,在同樣條件下,同體積的“冰狀雪”比自然雪熔化得慢,故B正確;3 ℃的水通過(guò)造雪機(jī)轉(zhuǎn)化為雪時(shí),需要放出熱量,故C錯(cuò)誤;“冰狀雪”是晶體,熔化成水的過(guò)程中溫度不變,故D錯(cuò)誤。固體
天然外形
物理性質(zhì)(導(dǎo)熱性能、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電性能)
有無(wú)確定熔點(diǎn)
晶體
具有規(guī)則的幾何外形,如金剛石、云母、明礬、雪花、食鹽、味精等
各向同性或各向異性
有確定熔點(diǎn)
非晶體
不具有規(guī)則的幾何外形,如玻璃、松香、瀝青、橡膠等
各向同性
無(wú)確定的熔化溫度
晶體
構(gòu)成
物理性質(zhì)
有無(wú)確定熔點(diǎn)
單晶體
大塊晶體
各向異性
有確定熔點(diǎn)
多晶體
由許多晶粒構(gòu)成
各向同性
有確定熔點(diǎn)
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