人教版 (新课标)选修31 固体学案及答案

这是一份人教版 (新课标)选修31 固体学案及答案，共5页。学案主要包含了例1－1，例1－2，例1－3，例2－1，例2－2，例3－1，例3－2，例5－1等内容，欢迎下载使用。




1．晶体与非晶体


(1)常见的晶体和非晶体


①常见的晶体：石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖、味精、雪花。


说明：雪花是水蒸气凝华时形成的晶体，它们的形状虽然不同，但都是六角形的图案。食盐晶体总是立方体形，明矾晶体总是八面体形，石英晶体(俗称水晶)的中间是一个六棱柱，两端是六棱锥。如图所示。





几种晶体的几何形状


②常见的非晶体：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶。


(2)单晶体与多晶体


①单晶体：如果一个物体就是一个完整的晶体，这样的晶体叫做单晶体。例如：雪花、食盐小颗粒、单晶硅、单晶锗等。


②多晶体：如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体叫做多晶体。其中的小晶体叫做晶粒。如：由许多食盐单晶体粘在一起而成大块的食盐，就是多晶体。其中的小晶体叫做晶粒。


多晶体


a．多晶体没有规则的几何形状。


b．不显示各向异性(每一晶粒内部都是各向异性的)。


c．有确定的熔点。


(3)非晶体：没有规则的几何形状。


(4)晶体和非晶体的差异


①在外形上：单晶体具有规则的几何形状，多晶体和非晶体没有规则的几何形状。


②在物理性质上，晶体的物理性质与方向有关(这种特性叫各向异性)，非晶体的物理性质在各个方向是相同的(这种特性叫各向同性)。云母导热性上表现出显著的各向异性，而有些晶体在导电性上表现出显著的各向异性，如方铝矿；有些晶体在光的折射上表现出显著的各向异性，如方解石。例如：将石蜡均匀涂在云母片上和玻璃板上，用烧红的钢针接触没有涂蜡的另一面。





现象：熔化了的石蜡在云母片上呈椭圆形，而在玻璃片上呈圆形。


结论：晶体云母在各个方向上的导热性能不同，而非晶体玻璃在各个方向上的导热性能相同。


谈重点：晶体、非晶体辨析


(1)晶体具有各向异性，并不是每种晶体在各种物理性质上都表现出各向异性。


(2)固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体和非晶体的标志。


【例1－1】 晶体和非晶体除在外形上有差别外，晶体都具有________，而非晶体________；单晶体具有________，多晶体具有________。


解析：晶体是具有规则几何形状的物体，而非晶体则是没有规则几何形状的物体。晶体还具有各向异性的性质，有的晶体导热性各向不一样，有的晶体导电性各向不一样。总之，晶体和非晶体的物理性质不同。


答案：固定的熔点 没有固定的熔点 各向异性 各向同性


释疑点：晶体和非晶体间的转化


(1)一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态存在，例如水晶。天然水晶是晶体，熔化后再凝结的水晶(石英玻璃)就是非晶体，即一种物质是晶体还是非晶体并不是绝对的。


(2)许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体。


(3)在冷却得足够快和冷却到足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体。


【例1－2】 下列说法中正确的是( )


A．常见的金属材料都是多晶体


B．只有非晶体才显示各向同性


C．凡是具有规则天然几何形状的物体必定是单晶体


D．多晶体不显示各向异性


解析：常见的金属：金、银、铜、铁、铝、锡、铅等都是多晶体，选项A正确。因为非晶体和多晶体的物理性质都表现为各向同性，所以选项B错误，选项D正确。有天然规则的几何形状的物体不一定是单晶体，选项C错误。


答案：AD


【例1－3】 关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是( )


A．单晶体具有各向异性


B．多晶体也具有各向异性


C．非晶体的各种物理性质，在各个方向上都是相同的


D．晶体的各种物理性质，在各个方向上都是不同的


解析：具体到某种晶体，它可能只是某种物理性质各向异性较明显。如云母片就是导热性明显，方解石则是透光性明显。但一般晶体不是各种物理性质都各向异性。


答案：AC


辨误区：各向异性


并不是任何一种晶体在各种物理性质上都表现出各向异性，而是一种晶体往往只有在某种物理性质上具有明显的各向异性。


2.晶体的微观结构特点


(1)组成晶体的物质微粒(分子或原子、离子)依照一定的规律在空间中整齐地排列，晶体中物质微粒的相互作用很强，具有空间上的周期性。


(2)微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离。


(3)微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动。


(4)晶体各向异性和外形规则性的解释


组成晶体的物质微粒是有规则的、周期性的。晶体外形的有规则和它各向异性的特点都是由于晶体内部结构有规则的缘故，而非晶体内部的物质微粒的排列是不规则的，由于微粒的数目非常多，平均起来，各个方向的物理性质就相同了。


析规律：石墨 金刚石


有的物质能够生成种类不同的几种晶体，是因为它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构。石墨是层状结构，层与层之间距离较大，作用力较弱，沿着这个方向容易把石墨一层层地剥下。石墨的层状结构决定了它的质地松软，可以用来制作粉状润滑剂，也可以用来制作铅笔芯。


金刚石中碳原子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度，可以用来切割玻璃。如果把它装在钻探机的钻头上，能够钻入坚硬的岩石内。石墨的密度小，金刚石的密度大；石墨能导电，金刚石不能导电。


【例2－1】 晶体具有各向异性的特点是由于( )


A．晶体在不同方向上物质微粒的排列不同


B．晶体在不同方向上物质微粒的排列相同


C．晶体内部结构的无规则性


D．晶体内部结构的有规则性


解析：晶体的各向异性是晶体内部结构的有规则性，使不同方向上物质微粒的排列情况不同。


答案：AD


【例2－2】 下列叙述中错误的是( )


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


解析：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。


答案：CD





3．用比较法区分晶体、非晶体和多晶体


晶体和非晶体及多晶体的区别主要从几何外形、物理性质、有无固定熔点及微观结构上去辨析。


(1)单晶体和多晶体的比较


(2)多晶体和非晶体比较


①多晶体和非晶体都没有规则的几何形状。


②多晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点。


③多晶体和非晶体的一些物理性质都表现为各向同性。


从17世纪开始，人们根据晶体外形的规则性和物理性质的各向异性提出了一些假说，认为晶体内部的微粒是有规则地排列着的。到了19世纪中叶，晶体结构学说进一步发展，许多人认为晶体内部的微粒是有规则地排列着的，但是由于受当时的科学技术条件限制，这种想法仍是一种假说。直到1912年，人们应用X射线对晶体结构进行研究，才证实了这种假说的正确性。


4．晶体微观结构的计算


组成晶体的物质微粒(原子、分子或离子)，依照一定的规律在空间中排成整齐的行列。这种有规则的排列称为空间点阵。点阵中的微粒相互作用很强，微粒的热运动主要表现为在一定平衡位置附近做微小的振动。晶体形状的规则正是由于物质微粒排列有规则造成的。


如图所示是食盐的空间点阵示意图。食盐晶体是由钠离子和氯离子组成的，这两种离子在空中三个互相垂直的方向上，都是等距离地交错排列的，因而食盐具有正方体的外形。





在上图中，某一个离子被几个晶胞所共有，计算每个晶胞含有的此离子数时就用这个晶胞中的离子数目乘以几分之一。


【例3－1】 某球形固体物质，其各向导热性能相同，则该物体( )


A．一定是非晶体


B．可能具有确定的熔点


C．一定是单晶体，因为它有规则的几何外形


D．一定不是单晶体，因为它具有各向同性的物理性质


解析：导热性能各向相同的物体可能是非晶体，也可能是多晶体，因此A选项不正确；多晶体具有确定的熔点，因此B选项正确；物体外形是否规则不是判断是否是单晶体的依据，应该说，单晶体具有规则的几何外形是“天生”的，而多晶体和非晶体也可以有规则的几何外形，当然，这只能是“后天”人为加工的，因此C选项错误；单晶体区别于多晶体和非晶体在于其物理性质上的各向异性，因此D选项正确。


答案：BD


点评：出错原因主要是弄不清单晶体、多晶体和非晶体的本质区别。判断固体物质是晶体还是非晶体，要看其是否具有确定的熔点；区分单晶体与多晶体，要看其物理性质是各向异性还是各向同性。


【例3－2】 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′测其电阻阻值均为R，则这块样品可能是( )





A．单晶体 B．多晶体


C．非晶体 D．金属


解析：沿O1O1′和O2O2′两对称轴测长方体所得阻值相等，正说明该物质沿O1O1′和O2O2′方向电阻率不同，即表现出各向异性的物理性质，故选项A正确。


答案：A


【例4】 如图所示为食盐晶体结构示意图，食盐的晶体是由钠离子(图中○)和氯离子(图中●)组成的，这两种离子在空间中三个互相垂直的方向上，都是等距离地交错排列的。已知食盐的摩尔质量是58.5 g/ml，食盐的密度是2.2 g/cm3，阿伏加德罗常数为6.0×1023 ml－1，试估算食盐晶体中两个最近的钠离子中心间的距离。





解析：1 ml食盐中有NA个氯离子和NA个钠离子，离子总数为2NA，因而摩尔体积V与摩尔质量M与物质密度ρ的关系为：V＝eq \f(M,ρ)，所以一个离子所占的体积V0＝eq \f(V,2NA)＝eq \f(M,2NAρ)


由图可知V0就是图中八个离子所夹的小正方体的体积，此正方体的边长d＝eq \r(3,V0)＝eq \r(3,\f(M,2NAρ))，而最近的两个钠离子中心的距离


r＝eq \r(2)d＝eq \r(2)×eq \r(3,\f(M,2NAρ))＝1.41×eq \r(3,\f(58.5×10－3,2×6.0×1023×2.2×103)) m≈4×10－10 m。


答案：4×10－10 m





5．微观结构和图象法结合理解晶体的熔化


(1) 对各向异性的微观解释


如图所示，这是在一个平面上晶体物质微粒的排列情况。从图中可以看出，在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上，物质微粒的数目不同。线段AB上物质微粒较多，线段AD上较少，线段AC上更少。正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体在不同方向上物理性质的不同。





(2)对熔点的解释


给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)有的物质有几种晶体，如何解释


这是由于它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构，例如碳原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石，二者在物理性质上有很大不同。白磷和红磷的化学成分相同，但白磷具有立方体结构，而红磷具有与石墨一样的层状结构。


【例5－1】 如图所示是两种不同物质的熔化曲线，下列说法正确的是( )





A．a是晶体 B．b是晶体 C．a是非晶体 D．b是非晶体


解析：晶体在熔化过程中，不断吸热，但温度却保持不变(熔点对应的温度)，而非晶体没有确定的熔点，不断加热，非晶体先变软，然后熔化，温度却不断上升，因此a对应的是晶体，b对应的是非晶体。


答案：AD


【例5－2】 甲、乙、丙三种固体物质，质量相等，加热过程中，相同时间内吸收的热量相等，如图所示为其温度随时间变化的图象，由图可以判断( )





A．甲、丙是晶体，乙是非晶体 B．乙是晶体，甲、丙是非晶体


C．乙是非晶体，甲的熔点比丙低 D．乙是非晶体，甲的熔点比丙高


解析：甲在升温至t2 ℃时开始熔化，一段时间内温度保持不变；丙在升温至t1 ℃时开始熔化，一段时间内温度保持不变，因此，甲、丙为晶体，且甲的熔点高。乙没有固定的熔点，为非晶体。


答案：AD








单晶体
多晶体
外形特征
具有规则的几何形状
没有规则的几何形状
物理性质
(1)表现为各向异性


(2)具有一定的熔点
(1)表现为各向同性


(2)具有一定的熔点