2021学年4 固体背景图课件ppt
展开要点一 各向同性和各向异性
有些晶体沿不同方向的导热性能或导电性能不同,有些晶体沿不同方向的光学性质不同,这类现象叫作__________①。非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的,这叫作__________②。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。
要点二 晶体的微观结构
在各种晶体中,原子(或分子、离子)都是按照一定的______③排列的,具有空间上的周期性。在不同条件下,同种物质的微粒按照__________④在空间排列,可以生成不同的晶体。
① 晶体在各种物理性质上一定是各向异性的,这种说法对吗?
提示 不对,单晶体在物理性质上表现为各向异性,多晶体在物理性质上就表现为各向同性。
② 具有各向同性的一定是非晶体吗?
提示 不一定,具有各向异性的一定是单晶体,具有各向同性的则可能是非晶体或多晶体。
④ 金刚石和石墨都是由碳原子构成的,但它们在硬度上差别很大,这是为什么?
提示 是由于它的微粒按照不同规则在空间排列分布。金刚石是网状结构,原子间的作用力强,所以金刚石的硬度大,石墨是层状结构,原子间的作用力弱,所以石墨的硬度小。
③ 为什么晶体有规则的几何外形?
提示 由于晶体中的物质微粒在空间是按一定规则排列的,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。
1.各向异性的理解(1)在物理性质上,单晶体具有各向异性,而非晶体及多晶体则是各向同性的。(2)通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等。
(1)组成晶体的物质微粒有规则地在空间排列,呈现空间上的周期性。(2)晶体内部各微粒之间存在很强的相互作用力,结构不同、作用力的大小也不同,微粒被相互的作用力约束在一定的位置上。(3)微粒在各自的平衡位置附近做微小的振动。当外界干扰强烈或温度变化时,晶体结构发生变化,排列周期性被破坏,晶体可以转化为非晶体,非晶体也可以转化为晶体。
探究点一 晶体和非晶体
1. 如图甲所示是日常生活中常见的几种晶体,图乙是生活中常见的几种非晶体,请在图片基础上思考以下问题:
(1) 晶体与非晶体在外观上有什么不同?
[答案] 单晶体有规则的几何外形,多晶体和非晶体无规则的几何外形。
(2) 没有规则几何外形的固体一定是非晶体吗?
[答案] 不是,由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的,所以多晶体也没有确定的几何外形。
2. 把熔化了的蜂蜡薄薄地涂在薄玻璃片上。把一支缝衣针烧热,然后用针尖接触蜂蜡层的背面,不要移动,观察蜂蜡熔化区域的形状(如图甲所示)。把玻璃片换成单层云母片,再做以上实验(如图乙所示)。在玻璃片上和云母片上,蜂蜡熔化区域形状的不同说明了什么?
[答案] 玻璃是非晶体,表现为各向同性,因此各个方向上导热均匀,蜂蜡熔化区域形状为圆形;云母片为单晶体,表现为各向异性,因此不同方向上导热性能不一样,最终蜂蜡熔化区域为椭圆形。
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,是判断物质是否为单晶体最主要的依据。(3)具有确定的熔点,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确定的熔点。
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确定的熔点,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确定的熔点,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。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)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性能上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同。
例 (2021河北唐山第十一中学高三开学考试)辨别物质是晶体还是非晶体,比较可靠的方法是( )A. 从外形来判断B. 从各向异性或各向同性来判断C. 从导电性能来判断D. 从是否具有确定的熔点来判断
解题感悟判断晶体与非晶体、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。
A. 圆板是非晶体B. 圆板是多晶体C. 圆板是单晶体D. 不知有无固定熔点,无法判定是晶体还是非晶体
探究点二 晶体的微观结构
单晶体具有规则的几何外形,物理性质方面表现为各向异性,而非晶体却没有规则的几何外形,并且物理性质方面表现为各向同性,产生这些不同的根本原因是什么呢?
[答案] 因为它们的微观结构不同。
1.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。
(4)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,天然石英是晶体,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。
(3)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)熔点: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.单晶体、多晶体及非晶体的比较
例 (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,而且具有确定的熔点,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,是因为不同方向上的物质微粒的性质不同D. 晶体在熔化时吸收的热量,全部用来瓦解晶体的空间点阵,转化为分子势能,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
解题感悟晶体各向异性的原因(1)单晶体的物理性质取决于其微观结构,单晶体的物质微粒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。
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
[解析] 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;通过透明胶带对石墨进行反复粘贴与撕开而得到石墨烯的方法是物理方法。
1. (2021黑龙江伊春伊美二中开学考试)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. 晶体和非晶体吸收热量时都可能变成液体C. 晶体和非晶体熔化时都要吸收热量且温度保持不变D. 晶体和非晶体熔化时都要先变软,然后变成黏稠体,最后变成液体
2. 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. 凡是具有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内部结构决定的
[解析] 晶体的外形、物理性质都是由晶体的微观结构决定的;不能认为各向同性的物质一定是非晶体,多晶体也具有这样的性质。
3. (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的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
纳米晶体 纳米晶体指纳米尺寸的晶体材料,或具有晶体结构的纳米颗粒。纳米晶体具有很重要的研究价值。纳米晶体的电学和热力学性质显现出很强的尺寸依赖性,从而可以通过细致的制造过程来控制这些性质。纳米晶体能够提供单体的晶体结构,通过研究这些单体的晶体结构可以提供信息来解释相似材料的宏观样品的行为,而不用考虑复杂的晶界和其他晶体缺陷。纳米晶体材料在能源、环保、通信、航空航天、医疗、日常生活等领域都有很多重要的应用。
1. 纳米晶体材料在现代科技和国防中有很多重要的应用,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
1. 如图所示,四块固体中属于非晶体的是( )
[解析] 明矾、石英、冰块为晶体,塑料为非晶体。
2. (2021河北秦皇岛一中高二月考)下列说法中正确的有( )A. 晶体一定具有各向异性,非晶体一定具有各向同性B. 单晶体有固定的熔点,多晶体和非晶体没有固定的熔点C. 晶体熔化时吸收热量,分子平均动能一定增大D. 常见的金属材料是多晶体
3. 关于石墨和金刚石的区别,下面说法正确的是( )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
[解析] 石墨和金刚石是碳的同素异形体,其化学性质相同。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,所以质地坚硬。
A. 没有确定的熔点B. 具有各向同性的压电效应C. 没有确定的几何形状D. 是单晶体
5. (2021河北唐山第十一中学高三开学考试)下列说法正确的是( )A. 将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体B. 固体可以分为晶体和非晶体两类,所有晶体都具有各向异性C. 由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体D. 在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变
6. (多选)如图是两种不同物质的熔化曲线,根据曲线判断下列说法正确的是( )
[解析] 晶体有固定的熔点,而非晶体没有确定的熔点,加热过程,非晶体先变软,然后熔化,温度却不断上升。
[解析] 非晶体没有一定的熔点,在物理性质上表现为各向同性。
8. 有一块长方形的铜条,有关它的三种说法:①这是一块单晶体,因为它有规则的几何形状;②这是一块多晶体,因为它内部的分子排列是不规则的;③这是一块非晶体,因为它的物理性质是各向同性的。这三种说法中( )A. ①②是错的B. ②③是错的C. ①③是错的D. 都是错的
[解析] 铜条虽具有规则的几何形状,但不是天然的规则几何形状,是由许多单晶体颗粒组合而成的多晶体,每个单晶体颗粒内部分子排列是规则的,但构成多晶体的单晶体颗粒的排列是不规则的。
[解析] 提示 从题图中可以看出,这几种材料的原子排列均有一定的规则,因此是晶体,具有晶体的特点。
(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规律一般不同
(2) __________________________。
原子排列具有一定的对称性
11. (多选)下列哪些现象能说明晶体与非晶体的区别( )A. 盐粒是正方体,而蜂蜡是无规则形状B. 石墨可导电,沥青不能导电C. 冰熔化时,温度保持不变;松香受热熔化时,温度持续升高D. 金刚石密度大,石墨密度小
[解析] 单晶体有规则的几何外形和确定的熔点,而非晶体没有。
12. (2021黑龙江哈尔滨六中高二期中)(多选)大自然之中存在许多绚丽夺目的晶体,这些晶体不仅美丽,而且由于化学成分和结构各不相同而呈现出千姿百态;高贵如钻石,平凡如雪花,都是由无数原子严谨而有序地组成的。关于晶体与非晶体,正确的说法是( )A. 固体可以分为晶体和非晶体两类,晶体、非晶体是绝对的,是不可以相互转化的B. 多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的,所以多晶体没有确定的几何形状C. 晶体沿不同的方向的导热或导电性能不相同,但沿不同方向的光学性质一定相同D. 单晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点
A. 单晶体B. 多晶体C. 非晶体D. 金属
A. 甲、乙是非晶体,丙是晶体B. 甲、丙是非晶体,乙是晶体C. 甲、丙是多晶体,乙是晶体
D. 甲是晶体,乙是非晶体,丙是单晶体
[解析] 由图知甲、丙有固定的熔点,乙没有固定的熔点,所以甲和丙为晶体,乙为非晶体,丙在导热性方面具有各向异性,所以丙是单晶体。
15. 石墨是碳原子按图甲排列形成的,其微观结构为层状结构。图乙为石墨烯的微观结构,单碳层石墨烯是单层的石墨,厚1毫米的石墨包含大约三百万层石墨烯。石墨烯是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型材料。则( )
16. 如图所示是对某种合金连续不断地加热过程中,温度随时间变化的曲线,据图回答:
(1) 这种合金在固态时是不是晶体?
(2) 这种合金的熔点是多少?
(3) 熔化过程用了多少时间?
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