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4　固體
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　
1.知道晶體和非晶體的特點(diǎn)及其區(qū)分方法，明確單晶體和多晶體的區(qū)別(重點(diǎn))。
2.了解晶體的微觀結(jié)構(gòu)，知道晶體和非晶體形狀和物理性質(zhì)不同的原因(難點(diǎn))。
一、晶體和非晶體
1．固體的分類(lèi)及性質(zhì)
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 _______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 _____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_______ ____確定的熔化溫度
2.晶體的分類(lèi)及性質(zhì)
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______ 有確定熔點(diǎn)
多晶體 由____________構(gòu)成 各向______ 有確定熔點(diǎn)
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？
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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？
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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？
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(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
例2　(2023·鹽城市高二月考)在圖甲、乙、丙三種固體薄片上涂蠟，由燒熱的針接觸其上一點(diǎn)，蠟熔化的范圍如圖甲、乙、丙所示，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)系如圖丁所示，以下可能說(shuō)法正確的是(　　)
A．甲、乙為非晶體，丙是晶體
B．甲、乙為晶體，丙是非晶體
C．甲、丙為非晶體，乙是晶體
D．甲為多晶體，乙為非晶體，丙為單晶體
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，某些物理性質(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？
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1．在各種晶體中，原子(或分子、離子)都是按照一定的________排列的，具有空間上的________。
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____________在空間分布，例如碳原子按不同的空間分布排列可形成________和__________。
3．同一種物質(zhì)也可能以________和________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_(kāi)_______。
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？
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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
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例3　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，是由于該物質(zhì)的微粒在空間的排列不規(guī)則
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
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
4　固體
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.知道晶體和非晶體的特點(diǎn)及其區(qū)分方法，明確單晶體和多晶體的區(qū)別(重點(diǎn))。2.了解晶體的微觀結(jié)構(gòu)，知道晶體和非晶體形狀和物理性質(zhì)不同的原因(難點(diǎn))。
一、晶體和非晶體
1．固體的分類(lèi)及性質(zhì)
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
2.晶體的分類(lèi)及性質(zhì)
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)
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　(2023·鹽城市高二月考)在圖甲、乙、丙三種固體薄片上涂蠟，由燒熱的針接觸其上一點(diǎn)，蠟熔化的范圍如圖甲、乙、丙所示，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)系如圖丁所示，以下可能說(shuō)法正確的是(　　)
A．甲、乙為非晶體，丙是晶體
B．甲、乙為晶體，丙是非晶體
C．甲、丙為非晶體，乙是晶體
D．甲為多晶體，乙為非晶體，丙為單晶體
答案　D
解析　由圖甲、乙、丙可知，甲、乙表現(xiàn)為各向同性，丙表現(xiàn)為各向異性；由圖丁可知，甲、丙有固定熔點(diǎn)，乙無(wú)固定熔點(diǎn)，所以甲、丙為晶體，乙為非晶體，其中甲為多晶體，丙為單晶體，D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，某些物理性質(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　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，是由于該物質(zhì)的微粒在空間的排列不規(guī)則
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　B
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錯(cuò)誤；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。

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