第4節(jié)固體
一、新課標(biāo)要求
1.了解固體的分類,知道晶體和非晶體的特點(diǎn)及區(qū)分方法。
2.知道單晶體和多晶體的區(qū)別。
3.理解單晶體的各向異性,多晶體和非晶體的各向同性。
4.了解晶體的微觀結(jié)構(gòu)。
二、科學(xué)素養(yǎng)要求
1.物理觀念:知道晶體.非晶體.單晶體和多晶體,了解各向異性.各向同性及晶體的微觀結(jié)杓,能解釋相關(guān)的現(xiàn)象。
2.科學(xué)思維:掌握單晶體的各向異性,理解晶體的微觀結(jié)構(gòu),能夠解決相關(guān)的問題。
3.科學(xué)探究:學(xué)會用實(shí)驗(yàn)探究晶體與非晶體物理性質(zhì)的差異,學(xué)會認(rèn)真觀察并與他人合作,提高實(shí)驗(yàn)技能。
4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:掌握晶體和非晶體在外形上和物理性質(zhì)上的區(qū)別,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,激發(fā)探索科學(xué)的興趣。
三、教材研習(xí)
要點(diǎn)一、各向同性和各向異性
有些晶體沿不同方向的導(dǎo)熱性能或?qū)щ娦阅懿煌?,有些晶體沿不同方向的光學(xué)性質(zhì)不同,這類現(xiàn)象叫作各向異性①。非晶體沿各個方向的物理性質(zhì)都是一樣的,這叫作各向同性②。由于多晶體是許多單晶體雜亂無章地組合而成的,所以多晶體是各向同性的。
要點(diǎn)二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)
在各種晶體中,原子(或分子、離子)都是按照一定的規(guī)則③排列的,具有空間上的周期性。在不同條件下,同種物質(zhì)的微粒按照不同規(guī)則④在空間排列,可以生成不同的晶體。
【自主思考】
①晶體在各種物理性質(zhì)上一定是各向異性的,這種說法對嗎?
②具有各向同性的一定是非晶體嗎?
③為什么晶體有規(guī)則的幾何外形?
④金剛石和石墨都是由碳原子構(gòu)成的,但它們在硬度上差別很大,這是為什么?
名師點(diǎn)睛
1.各向異性的理解
(1)在物理性質(zhì)上,單晶體具有各向異性,而非晶體及多晶體則是各向同性的。
(2)通常所說的物理性質(zhì)包括彈性、硬度、導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能、光的折射性能等。
2.晶體的微觀結(jié)構(gòu)
(1)組成晶體的物質(zhì)微粒有規(guī)則地在空間排列,呈現(xiàn)空間上的周期性。
(2)晶體內(nèi)部各微粒之間存在很強(qiáng)的相互作用力,結(jié)構(gòu)不同、作用力的大小也不同,微粒被相互的作用力約束在一定的位置上。
(3)微粒在各自的平衡位置附近做微小的振動。當(dāng)外界干擾強(qiáng)烈或溫度變化時,晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,排列周期性被破壞,晶體可以轉(zhuǎn)化為非晶體,非晶體也可以轉(zhuǎn)化為晶體。
四、互動探究·
探究點(diǎn)一、晶體和非晶體
情境探究
1.如圖甲所示是日常生活中常見的幾種晶體,圖乙是生活中常見的幾種非晶體,請?jiān)趫D片基礎(chǔ)上思考以下問題:
(1)晶體與非晶體在外觀上有什么不同?
(2)沒有規(guī)則幾何外形的固體一定是非晶體嗎?
2.把熔化了的蜂蠟薄薄地涂在薄玻璃片上。把一支縫衣針燒熱,然后用針尖接觸蜂蠟層的背面,不要移動,觀察蜂蠟熔化區(qū)域的形狀(如圖甲所示)。把玻璃片換成單層云母片,再做以上實(shí)驗(yàn)(如圖乙所示)。在玻璃片上和云母片上,蜂蠟熔化區(qū)域形狀的不同說明了什么?
探究歸納
1.單晶體的特征
(1)具有天然的規(guī)則外形,這種規(guī)則的外形不是人工造成的。
(2)物理性質(zhì)各向異性,這是單晶體區(qū)別于非晶體和多晶體最重要的特性,是判斷物質(zhì)是否為單晶體最主要的依據(jù)。
(3)具有確定的熔點(diǎn),單晶體在這一點(diǎn)上和多晶體沒有區(qū)別。從宏觀上區(qū)分晶體和非晶體的重要依據(jù)是看有無確定的熔點(diǎn)。
2.多晶體和非晶體
(1)多晶體雖無天然規(guī)則的幾何形狀,物理性質(zhì)各向同性,但組成多晶體的晶粒都有規(guī)則的幾何形狀,每一個晶粒都具有單晶體的特征和物理性質(zhì),這是多晶體和非晶體在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。
(2)多晶體與非晶體在宏觀上的區(qū)別在于多晶體具有確定的熔點(diǎn),非晶體則沒有,例如很多同學(xué)認(rèn)為玻璃應(yīng)是多晶體,但實(shí)驗(yàn)證明玻璃沒有確定的熔點(diǎn),故應(yīng)是非晶體。
3.正確理解單晶體的各向異性
(1)在物理性質(zhì)上,單晶體具有各向異性。
單晶體的各向異性是指單晶體在不同方向上的物理性質(zhì)不同,也就是沿不同方向去測試單晶體的物理性質(zhì)時,測試結(jié)果不同。
(2)單晶體具有各向異性,并不是說每一種單晶體都能在各種物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性,舉例如下:
①云母、石膏晶體在導(dǎo)熱性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向傳熱的快慢不同。
②方鉛礦石晶體在導(dǎo)電性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向電阻率不同。
③立方體形的銅晶體在彈性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向的彈性不同。
④方解石晶體在光的折射性能上表現(xiàn)出各向異性——沿不同方向的折射率不同。
探究應(yīng)用
【典例】辨別物質(zhì)是晶體還是非晶體,比較可靠的方法是( )
A.從外形來判斷
B.從各向異性或各向同性來判斷
C.從導(dǎo)電性能來判斷
D.從是否具有確定的熔點(diǎn)來判斷
【解題感悟】
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:看其有無確定的熔點(diǎn),晶體具有確定的熔點(diǎn),而非晶體沒有確定的熔點(diǎn),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)分單晶體和多晶體的方法:看其是否具有各向異性,單晶體表現(xiàn)出各向異性,而多晶體表現(xiàn)出各向同性。
【遷移應(yīng)用】
1.如圖所示,ACBD是一塊厚度均勻的由同一種微粒構(gòu)成的圓板,AB和CD是互相垂直的兩條直徑,把圓板從圖示位置轉(zhuǎn)90°后電流表示數(shù)發(fā)生了變化(兩種情況下都接觸良好),關(guān)于圓板,下列說法正確的是( )
A.圓板是非晶體
B.圓板是多晶體
C.圓板是單晶體
D.不知有無固定熔點(diǎn),無法判定是晶體還是非晶體
。
探究點(diǎn)二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)
情境探究
1.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,而非晶體卻沒有規(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?
探究歸納
1.晶體的微觀結(jié)構(gòu)
(1)晶體內(nèi)部的微粒是按各自的規(guī)則排列著的,具有空間上的周期性。如圖所示是食鹽晶體中氯離子和鈉離子分布的示意圖。
(2)同種元素的微粒能夠按照不同規(guī)則在空間分布形成不同的物質(zhì)。例如,碳原子如果按圖甲那樣排列,就成為石墨,而按圖乙那樣排列,就成為金剛石。
(3)原子(或者分子、離子)并不是像結(jié)構(gòu)圖上所畫的那些點(diǎn)一樣靜止不動,它們時刻都在不停地振動,結(jié)構(gòu)圖中所畫的那些點(diǎn),是它們振動的平衡位置。
(4)同種物質(zhì)也可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn),也就是說,物質(zhì)是晶體還是非晶體,并不是絕對的。例如,天然石英是晶體,而熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)就是非晶體。有些非晶體在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化為晶體。
2.晶體與非晶體區(qū)別的微觀解釋
(1)各向異性:如圖所示,這是在一個平面上晶體物質(zhì)微粒的排列情況。從圖中可以看出,在沿不同方向所畫的等長直線AB、AC、AD上物質(zhì)微粒的數(shù)目不同。直線AB上物質(zhì)微粒較多,直線AD上較少,直線AC上更少。正因?yàn)樵诓煌较蛏衔镔|(zhì)微粒的排列情況不同,才引起單晶體在不同方向上物理性質(zhì)的不同。
(2)熔點(diǎn):晶體加熱到一定溫度時,一部分微粒有足夠的動能克服微粒間的作用力,離開平衡位置,使規(guī)則的排列被破壞,晶體開始熔化,熔化時晶體吸收的熱量全部用來破壞規(guī)則的排列,溫度不發(fā)生變化。
3.單晶體、多晶體及非晶體的比較
探究應(yīng)用
【典例】(多選)晶體不同于非晶體,它具有規(guī)則的幾何外形,在不同方向上物理性質(zhì)不同,而且具有確定的熔點(diǎn),下列哪些說法可以用來解釋晶體的上述特性( )
A.組成晶體的物質(zhì)微粒,在空間按一定的規(guī)律排成整齊的行列,構(gòu)成特定的空間點(diǎn)陣
B.晶體在不同方向上物理性質(zhì)不同,是因?yàn)椴煌较蛏衔⒘?shù)目不同,微粒間距不同
C.晶體在不同方向上物理性質(zhì)不同,是因?yàn)椴煌较蛏系奈镔|(zhì)微粒的性質(zhì)不同
D.晶體在熔化時吸收的熱量,全部用來瓦解晶體的空間點(diǎn)陣,轉(zhuǎn)化為分子勢能,因此,晶體在熔化過程中保持一定的溫度不變,只有空間點(diǎn)陣完全被瓦解,晶體完全變?yōu)橐后w后,繼續(xù)加熱,溫度才會升高
【解題感悟】
晶體各向異性的原因
(1)單晶體的物理性質(zhì)取決于其微觀結(jié)構(gòu),單晶體的物質(zhì)微粒按照一定的規(guī)則在空間中整齊地排列著,有規(guī)則的幾何外形,在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向異性。
(2)多晶體是由許許多多晶粒組成的,晶粒在多晶體里雜亂無章地排列著,無規(guī)則的幾何外形,多晶體在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性。
【遷移應(yīng)用】
1.(多選)2010年諾貝爾物理學(xué)獎授予安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究。他們通過透明膠帶對石墨進(jìn)行反復(fù)粘貼與撕開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)知識判斷,下列說法中正確的是( )
A.石墨是晶體,石墨烯是非晶體
B.石墨是單質(zhì),石墨烯是化合物
C.石墨、石墨烯與金剛石都是晶體
D.他們是通過物理變化的方法獲得石墨烯的
2. 固、液、氣是物質(zhì)存在的常見三種狀態(tài),下列關(guān)于固體和液體的說法正確的是( )
A. 天然石英是晶體,熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)也是晶體
B. 黃金可以做成各種不同造型的首飾,是多晶體
C. 一定質(zhì)量的晶體在熔化過程中,其溫度不變,內(nèi)能保持不變
D. 有規(guī)則外形的物體是晶體,沒有確定幾何外形的物體是非晶體
E、燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面,熔化的蜂蠟呈橢圓形,說明蜂蠟是晶體
分類
微觀結(jié)構(gòu)
宏觀表現(xiàn)
外形
物理性質(zhì)
晶體
單晶體
組,成晶體的物質(zhì)微粒(原子、分子、離子)在空間按一定規(guī)則排列——空間點(diǎn)陣
幾何形狀天然、有規(guī)則
各向異性
有確定的熔點(diǎn)
多晶體
由無數(shù)的晶體微粒(小晶粒)無規(guī)則排列組成
無天然、規(guī)則的幾何外形
各向同性
非晶體
內(nèi)部物質(zhì)微粒是無規(guī)則排列的
沒有確定的熔點(diǎn)
選擇性必修三學(xué)案
第二章氣體、固體和液體
第4節(jié)固體
一、新課標(biāo)要求
1.了解固體的分類,知道晶體和非晶體的特點(diǎn)及區(qū)分方法。
2.知道單晶體和多晶體的區(qū)別。
3.理解單晶體的各向異性,多晶體和非晶體的各向同性。
4.了解晶體的微觀結(jié)構(gòu)。
二、科學(xué)素養(yǎng)要求
1.物理觀念:知道晶體.非晶體.單晶體和多晶體,了解各向異性.各向同性及晶體的微觀結(jié)杓,能解釋相關(guān)的現(xiàn)象。
2.科學(xué)思維:掌握單晶體的各向異性,理解晶體的微觀結(jié)構(gòu),能夠解決相關(guān)的問題。
3.科學(xué)探究:學(xué)會用實(shí)驗(yàn)探究晶體與非晶體物理性質(zhì)的差異,學(xué)會認(rèn)真觀察并與他人合作,提高實(shí)驗(yàn)技能。
4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:掌握晶體和非晶體在外形上和物理性質(zhì)上的區(qū)別,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,激發(fā)探索科學(xué)的興趣。
三、教材研習(xí)
要點(diǎn)一、各向同性和各向異性
有些晶體沿不同方向的導(dǎo)熱性能或?qū)щ娦阅懿煌?,有些晶體沿不同方向的光學(xué)性質(zhì)不同,這類現(xiàn)象叫作各向異性①。非晶體沿各個方向的物理性質(zhì)都是一樣的,這叫作各向同性②。由于多晶體是許多單晶體雜亂無章地組合而成的,所以多晶體是各向同性的。
要點(diǎn)二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)
在各種晶體中,原子(或分子、離子)都是按照一定的規(guī)則③排列的,具有空間上的周期性。在不同條件下,同種物質(zhì)的微粒按照不同規(guī)則④在空間排列,可以生成不同的晶體。
【自主思考】
①晶體在各種物理性質(zhì)上一定是各向異性的,這種說法對嗎?
答案: 不對,單晶體在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向異性,多晶體在物理性質(zhì)上就表現(xiàn)為各向同性。
②具有各向同性的一定是非晶體嗎?
答案: 不一定,具有各向異性的一定是單晶體,具有各向同性的則可能是非晶體或多晶體。
③為什么晶體有規(guī)則的幾何外形?
答案: 由于晶體中的物質(zhì)微粒在空間是按一定規(guī)則排列的,微粒只在一定平衡位置做微小振動,所以晶體有規(guī)則的幾何外形。
④金剛石和石墨都是由碳原子構(gòu)成的,但它們在硬度上差別很大,這是為什么?
答案: 是由于它的微粒按照不同規(guī)則在空間排列分布。金剛石是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),原子間的作用力強(qiáng),所以金剛石的硬度大,石墨是層狀結(jié)構(gòu),原子間的作用力弱,所以石墨的硬度小。
名師點(diǎn)睛
1.各向異性的理解
(1)在物理性質(zhì)上,單晶體具有各向異性,而非晶體及多晶體則是各向同性的。
(2)通常所說的物理性質(zhì)包括彈性、硬度、導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能、光的折射性能等。
2.晶體的微觀結(jié)構(gòu)
(1)組成晶體的物質(zhì)微粒有規(guī)則地在空間排列,呈現(xiàn)空間上的周期性。
(2)晶體內(nèi)部各微粒之間存在很強(qiáng)的相互作用力,結(jié)構(gòu)不同、作用力的大小也不同,微粒被相互的作用力約束在一定的位置上。
(3)微粒在各自的平衡位置附近做微小的振動。當(dāng)外界干擾強(qiáng)烈或溫度變化時,晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,排列周期性被破壞,晶體可以轉(zhuǎn)化為非晶體,非晶體也可以轉(zhuǎn)化為晶體。
四、互動探究·
探究點(diǎn)一、晶體和非晶體
情境探究
1.如圖甲所示是日常生活中常見的幾種晶體,圖乙是生活中常見的幾種非晶體,請?jiān)趫D片基礎(chǔ)上思考以下問題:
(1)晶體與非晶體在外觀上有什么不同?
(2)沒有規(guī)則幾何外形的固體一定是非晶體嗎?
答案:(1)單晶體有規(guī)則的幾何外形,多晶體和非晶體無規(guī)則的幾何外形。
(2)不是,由于多晶體是許多單晶體雜亂無章地組合而成的,所以多晶體也沒有確定的幾何外形。
2.把熔化了的蜂蠟薄薄地涂在薄玻璃片上。把一支縫衣針燒熱,然后用針尖接觸蜂蠟層的背面,不要移動,觀察蜂蠟熔化區(qū)域的形狀(如圖甲所示)。把玻璃片換成單層云母片,再做以上實(shí)驗(yàn)(如圖乙所示)。在玻璃片上和云母片上,蜂蠟熔化區(qū)域形狀的不同說明了什么?
答案:玻璃是非晶體,表現(xiàn)為各向同性,因此各個方向上導(dǎo)熱均勻,蜂蠟熔化區(qū)域形狀為圓形;云母片為單晶體,表現(xiàn)為各向異性,因此不同方向上導(dǎo)熱性能不一樣,最終蜂蠟熔化區(qū)域?yàn)闄E圓形。
探究歸納
1.單晶體的特征
(1)具有天然的規(guī)則外形,這種規(guī)則的外形不是人工造成的。
(2)物理性質(zhì)各向異性,這是單晶體區(qū)別于非晶體和多晶體最重要的特性,是判斷物質(zhì)是否為單晶體最主要的依據(jù)。
(3)具有確定的熔點(diǎn),單晶體在這一點(diǎn)上和多晶體沒有區(qū)別。從宏觀上區(qū)分晶體和非晶體的重要依據(jù)是看有無確定的熔點(diǎn)。
2.多晶體和非晶體
(1)多晶體雖無天然規(guī)則的幾何形狀,物理性質(zhì)各向同性,但組成多晶體的晶粒都有規(guī)則的幾何形狀,每一個晶粒都具有單晶體的特征和物理性質(zhì),這是多晶體和非晶體在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。
(2)多晶體與非晶體在宏觀上的區(qū)別在于多晶體具有確定的熔點(diǎn),非晶體則沒有,例如很多同學(xué)認(rèn)為玻璃應(yīng)是多晶體,但實(shí)驗(yàn)證明玻璃沒有確定的熔點(diǎn),故應(yīng)是非晶體。
3.正確理解單晶體的各向異性
(1)在物理性質(zhì)上,單晶體具有各向異性。
單晶體的各向異性是指單晶體在不同方向上的物理性質(zhì)不同,也就是沿不同方向去測試單晶體的物理性質(zhì)時,測試結(jié)果不同。
(2)單晶體具有各向異性,并不是說每一種單晶體都能在各種物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性,舉例如下:
①云母、石膏晶體在導(dǎo)熱性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向傳熱的快慢不同。
②方鉛礦石晶體在導(dǎo)電性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向電阻率不同。
③立方體形的銅晶體在彈性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向的彈性不同。
④方解石晶體在光的折射性能上表現(xiàn)出各向異性——沿不同方向的折射率不同。
探究應(yīng)用
【典例】辨別物質(zhì)是晶體還是非晶體,比較可靠的方法是( )
A.從外形來判斷
B.從各向異性或各向同性來判斷
C.從導(dǎo)電性能來判斷
D.從是否具有確定的熔點(diǎn)來判斷
答案:D
解析:單晶體有整齊規(guī)則的幾何外形,多晶體和非晶體沒有規(guī)則的外形,所以不能區(qū)分,故A錯誤;單晶體具有各向異性,多晶體和非晶體具有各向同性,所以不能區(qū)分,故B錯誤;單晶體,導(dǎo)電性好,多晶體、非晶體導(dǎo)電性都較差,所以不能區(qū)分,故C錯誤;不管是單晶體還是多晶體都有固定的熔點(diǎn),而非晶體沒有固定的熔點(diǎn),所以能區(qū)分,故D正確。
【解題感悟】
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:看其有無確定的熔點(diǎn),晶體具有確定的熔點(diǎn),而非晶體沒有確定的熔點(diǎn),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)分單晶體和多晶體的方法:看其是否具有各向異性,單晶體表現(xiàn)出各向異性,而多晶體表現(xiàn)出各向同性。
【遷移應(yīng)用】
1.如圖所示,ACBD是一塊厚度均勻的由同一種微粒構(gòu)成的圓板,AB和CD是互相垂直的兩條直徑,把圓板從圖示位置轉(zhuǎn)90°后電流表示數(shù)發(fā)生了變化(兩種情況下都接觸良好),關(guān)于圓板,下列說法正確的是( )
A.圓板是非晶體
B.圓板是多晶體
C.圓板是單晶體
D.不知有無固定熔點(diǎn),無法判定是晶體還是非晶體
答案:C
解析:電流表示數(shù)發(fā)生變化,說明圓板沿AB和CD兩個方向的導(dǎo)電性能不同,即各向異性,所以圓板是單晶體。
探究點(diǎn)二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)
情境探究
1.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,而非晶體卻沒有規(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:因?yàn)樗鼈兊奈⒂^結(jié)構(gòu)不同。
探究歸納
1.晶體的微觀結(jié)構(gòu)
(1)晶體內(nèi)部的微粒是按各自的規(guī)則排列著的,具有空間上的周期性。如圖所示是食鹽晶體中氯離子和鈉離子分布的示意圖。
(2)同種元素的微粒能夠按照不同規(guī)則在空間分布形成不同的物質(zhì)。例如,碳原子如果按圖甲那樣排列,就成為石墨,而按圖乙那樣排列,就成為金剛石。
(3)原子(或者分子、離子)并不是像結(jié)構(gòu)圖上所畫的那些點(diǎn)一樣靜止不動,它們時刻都在不停地振動,結(jié)構(gòu)圖中所畫的那些點(diǎn),是它們振動的平衡位置。
(4)同種物質(zhì)也可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn),也就是說,物質(zhì)是晶體還是非晶體,并不是絕對的。例如,天然石英是晶體,而熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)就是非晶體。有些非晶體在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化為晶體。
2.晶體與非晶體區(qū)別的微觀解釋
(1)各向異性:如圖所示,這是在一個平面上晶體物質(zhì)微粒的排列情況。從圖中可以看出,在沿不同方向所畫的等長直線AB、AC、AD上物質(zhì)微粒的數(shù)目不同。直線AB上物質(zhì)微粒較多,直線AD上較少,直線AC上更少。正因?yàn)樵诓煌较蛏衔镔|(zhì)微粒的排列情況不同,才引起單晶體在不同方向上物理性質(zhì)的不同。
(2)熔點(diǎn):晶體加熱到一定溫度時,一部分微粒有足夠的動能克服微粒間的作用力,離開平衡位置,使規(guī)則的排列被破壞,晶體開始熔化,熔化時晶體吸收的熱量全部用來破壞規(guī)則的排列,溫度不發(fā)生變化。
3.單晶體、多晶體及非晶體的比較
探究應(yīng)用
【典例】(多選)晶體不同于非晶體,它具有規(guī)則的幾何外形,在不同方向上物理性質(zhì)不同,而且具有確定的熔點(diǎn),下列哪些說法可以用來解釋晶體的上述特性( )
A.組成晶體的物質(zhì)微粒,在空間按一定的規(guī)律排成整齊的行列,構(gòu)成特定的空間點(diǎn)陣
B.晶體在不同方向上物理性質(zhì)不同,是因?yàn)椴煌较蛏衔⒘?shù)目不同,微粒間距不同
C.晶體在不同方向上物理性質(zhì)不同,是因?yàn)椴煌较蛏系奈镔|(zhì)微粒的性質(zhì)不同
D.晶體在熔化時吸收的熱量,全部用來瓦解晶體的空間點(diǎn)陣,轉(zhuǎn)化為分子勢能,因此,晶體在熔化過程中保持一定的溫度不變,只有空間點(diǎn)陣完全被瓦解,晶體完全變?yōu)橐后w后,繼續(xù)加熱,溫度才會升高
答案:A ; B ; D
解析:很多晶體都是由相同的物質(zhì)微粒組成的,例如,金剛石和石墨都是由碳原子組成的,不同方向上物質(zhì)微粒完全一樣,可見其各向異性不是由不同方向上的粒子性質(zhì)不同引起的,而是粒子的數(shù)目和粒子間距不相同造成的,故C項(xiàng)錯誤,A、B、D三項(xiàng)正確。
【解題感悟】
晶體各向異性的原因
(1)單晶體的物理性質(zhì)取決于其微觀結(jié)構(gòu),單晶體的物質(zhì)微粒按照一定的規(guī)則在空間中整齊地排列著,有規(guī)則的幾何外形,在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向異性。
(2)多晶體是由許許多多晶粒組成的,晶粒在多晶體里雜亂無章地排列著,無規(guī)則的幾何外形,多晶體在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性。
【遷移應(yīng)用】
1.(多選)2010年諾貝爾物理學(xué)獎授予安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究。他們通過透明膠帶對石墨進(jìn)行反復(fù)粘貼與撕開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)知識判斷,下列說法中正確的是( )
A.石墨是晶體,石墨烯是非晶體
B.石墨是單質(zhì),石墨烯是化合物
C.石墨、石墨烯與金剛石都是晶體
D.他們是通過物理變化的方法獲得石墨烯的
答案:C ; D
解析:晶體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是原子(或分子、離子)都是按照一定的規(guī)則排列的,石墨、石墨烯與金剛石都是晶體;通過透明膠帶對石墨進(jìn)行反復(fù)粘貼與撕開而得到石墨烯的方法是物理方法。
2. 固、液、氣是物質(zhì)存在的常見三種狀態(tài),下列關(guān)于固體和液體的說法正確的是( )
A. 天然石英是晶體,熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)也是晶體
B. 黃金可以做成各種不同造型的首飾,是多晶體
C. 一定質(zhì)量的晶體在熔化過程中,其溫度不變,內(nèi)能保持不變
D. 有規(guī)則外形的物體是晶體,沒有確定幾何外形的物體是非晶體
E、燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面,熔化的蜂蠟呈橢圓形,說明蜂蠟是晶體
【答案】B
【解析】
天然水晶是晶體,熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)是非晶體,故A錯誤;
黃金以及其他金屬都是多晶體,故B正確;一定質(zhì)量的晶體在熔化過程中,其溫度不變,晶體持續(xù)吸熱,內(nèi)能增加,C錯誤;晶體和非晶體的區(qū)別是否具有熔點(diǎn).單晶體具有規(guī)則的幾何外形,而多晶體和非晶體沒有規(guī)則的天然外形,注意“天然”二字,沒有確定幾何外形的物體不一定是非晶體,故D錯誤;燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面,熔化的蜂蠟呈橢圓形,說明云母是晶體,E錯誤。分類
微觀結(jié)構(gòu)
宏觀表現(xiàn)
外形
物理性質(zhì)
晶體
單晶體
組,成晶體的物質(zhì)微粒(原子、分子、離子)在空間按一定規(guī)則排列——空間點(diǎn)陣
幾何形狀天然、有規(guī)則
各向異性
有確定的熔點(diǎn)
多晶體
由無數(shù)的晶體微粒(小晶粒)無規(guī)則排列組成
無天然、規(guī)則的幾何外形
各向同性
非晶體
內(nèi)部物質(zhì)微粒是無規(guī)則排列的
沒有確定的熔點(diǎn)

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