选修3选修3-3第九章 物态和物态变化1 固体学案

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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．]
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．]
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．]
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．]
晶体和非晶体
晶体的微观结构
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.