2.4 固体（高效培优讲义）物理人教版选择性必修第三册

4.固体 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 晶体和非晶体 1 题型2 晶体的微观结构 5 【能力培优练】 9 【重难题型讲解】 题型1 晶体和非晶体 1、固体的分类：固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体又可以分为单晶体与多晶体。 （1）石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等是晶体；玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体。 （2）熔点：晶体具有一定的熔化温度，非晶体没有一定的熔化温度。 2、非晶体：没有则的外形。 物理性质：没有确定的熔化温度。导电、导热、光学等物理性质表现为各向同性。 3、晶体：单晶体整个物体就是一个晶体，具有天然的有规则的几何形状，物理性质表现为各向异性；而多晶体是由许许多多的细小的晶体（单晶体）集合而成，没有天然的规则的几何形状，物理性质表现为各向同性。 （1）单晶体：有天然的规则的几何形状。 物理性质：有确定的熔点。导电、导热、光学等某些物理性质表现为各向异性。 （2）多晶体：没有规则的几何形状。 物理性质：有确定的熔点；导电、导热、光学等物理性质表现为各向同性。 （3）熔点：单晶体和多晶体都有一定的熔化温度。 4、对单晶体的各向异性的理解 (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能时，测试结果不同。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。 ①云母晶体在导热性能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能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。 ★特别提醒 （1）单晶具有各向异性，多晶具有各向同性；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。 （2）区分晶体和非晶体最准确的标志是有无固定的熔点。 （3）晶体熔化曲线中，水平部分表示固液混合状态，此时温度不变，但物体的内能在增加。 5、各向异性和各向同性的定义 （1）从观察玻璃和云母片上石蜡融化区域的形状实验的结果可以看出，玻璃片上石蜡熔化区域的形状近似于圆形，表明玻璃沿各个方向的导热性能相同；云母片上石蜡熔化区域的形状呈椭圆形，表明云母沿不同方向的导热性能不同。还有些晶体沿不同方向的导电性能不同；而有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这类现象叫作各向异性。如图 （2）方解石晶体是各向异性的品体，它能把光分解为两束光而沿不同方向折射，形成双折射现象。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。 ★特别提醒 （1）除了是否具有固定的熔点之外，各向异性和各向同性是区分晶体和非晶体的又一重要特征。但是要注意具有各向异性的一定是单晶体（除了液晶），具有各向同性的除了非晶体也可能是多晶体。 （2）各向异性不止表现在热传导方面，光学、导电性、延展性方面也可能表现出各向异性。 【探究归纳】晶体有规则几何外形、固定熔点、各向异性；非晶体无规则外形、无固定熔点、各向同性。 【典例1-1】关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　） A．晶体都具有规则的几何外形 B．天上飘落的雪花是非晶体 C．物理性质表现为各向同性一定是非晶体 D．天然水晶熔化后再凝固的水晶（石英玻璃）是非晶体 【答案】D 【详解】A．晶体分为单晶体和多晶体，多晶体（如金属）无规则几何外形，故A错误； B．雪花是水的晶体（冰晶），属于晶体，故B错误； C．多晶体（如金属）的物理性质各向同性，因此各向同性可能是多晶体或非晶体，故C错误； D．天然水晶（单晶体）熔化后快速凝固形成石英玻璃是非晶体，故D正确。 故选D。 【典例1-2】（多选）关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　） A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体 B．金银铜铁等金属容易加工成各种形状，所以金属不是晶体 C．凡具有各向同性的物质一定是非晶体 D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同 【答案】AD 【详解】A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐有熔点，是晶体，故A正确； B．金银铜铁等金属容易加工成各种形状，没有固定的天然外形，金属是多晶体，故B错误； C．凡具有各向同性的物质可能是非晶体，也可能是多晶体，故C错误； D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同，故D正确。 故选AD。 【典例1-3】“观察石蜡熔化区域的形状”实验中，把熔化了的石蜡薄薄地涂在某物质制成的薄片上，再将烙铁通电烧热，然后用烙铁接触薄片的背面，观察到石蜡熔化区域的形状呈椭圆形，如图乙所示，这说明该物质为______（选填“单晶体”“多晶体”或“非晶体”）。 【答案】单晶体 【详解】观察到石蜡熔化区域的形状呈椭圆形，说明该物质具有各向异性，是单晶体。 跟踪训练1在甲、乙两种固体薄片的上表面涂一层很薄的石蜡，用烧热的钢针接触固体薄片的下表面，石蜡熔化的范围分别如图所示，下列说法正确的是（　　） A．甲不可能是单晶体 B．甲一定是非晶体 C．甲一定是多晶体 D．乙可能是多晶体 【答案】A 【详解】ABC．甲表现为各向同性，则甲一定不是单晶体，可能是多晶体或者非晶体，选项BC错误，A正确； D．乙表现为各项异性，则一定是单晶体，不可能是多晶体，选项D错误。 故选A。 跟踪训练2（多选）2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。他们通过透明胶带对石墨进行反复地粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有的石墨烯，是碳的二维结构。如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法中正确的是（　　）    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 【答案】CD 【详解】ABC．晶体分子在空间分布具有规则性，故石墨、石墨烯都是晶体，也都是单质，选项C正确，选项AB错误； D．获取石墨烯的方法为物理方法，选项D正确。 故选CD。 跟踪训练3(1)如图是食盐晶体中的氯离子和钠离子分布的示意图，氯离子和钠离子是在图示位置静止不动吗？ (2)同种物质不是晶体就是非晶体，这种说法对吗？ (3)怎样区分晶体与非晶体、单晶体与多晶体？ 【详解】（1）它们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）这种说法不正确，同种物质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。 （3）区分晶体和非晶体的方法是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；区分单晶体和多晶体的方法是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。 题型2 晶体的微观结构 1、规则性：在各种晶体中，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。 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。 3、对晶体的微观解释 (1)对单晶体各向异性的解释：图为在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况，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，因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同。 (2)对晶体具有确定熔点的解释：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。 4、单晶体、多晶体及非晶体的异同比较 分类 微观结构 宏观表现 外形 物理性质 晶体 单晶体 组成晶体的物质微粒(原子、分子、离子)在空间按一定规则排列——空间点阵 有天然、规则的几何形状 各向异性 有确定的熔点 多晶体 由无数的晶体微粒(小晶粒)无规则排列组成 没有天然、规则的几何形状 各向同性 非晶体 内部物质微粒是无规则排列的 没有确定的熔化温度 5、晶体的微观结构 （1）晶体的微观结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列。 （2）用晶体的微观结构解释晶体的特点。 晶体有天然的规则几何形状是由于内部微粒有规则地排列。 晶体表现为各向异性是由于从内部任何一点出发，在不同方向上相等距离内微粒数不同。 晶体的多型性是由于组成晶体的微粒不同的空间排列形成的。 【探究归纳】晶体内部微粒按规则、周期性、对称的空间点阵排列，具有长程有序结构。 【典例2-1】下列关于固体的叙述，正确的是（　　） A．晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列 B．多晶体内部的分子排列是不规则的 C．同种元素的原子按不同结构排列有相同的物理性质 D．石墨的硬度比金刚石差得多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布 【答案】A 【详解】A．晶体的各向异性是由于其内部微粒按空间点阵排列，导致不同方向上的物理性质不同，故A正确； B．晶体的微观结构特点可知，晶体内部的分子排列是有规则地、周期性地在空间排列，故B错误； C．同种元素的原子按不同结构排列时（如石墨和金刚石），物理性质差异显著，故C错误； D．石墨是晶体，其微粒按层状空间点阵排列，硬度低是由于层间作用力弱，而非未按点阵分布，故D错误。 故选A。 【典例2-2】（多选）“新材料”是相对于传统材料而言的。新材料的使用对推动社会的进步正在发挥着越来越大的作用。下列关于“新材料”的描述正确的是（　　） A．“纳米材料”是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料 B．“半导体材料”广泛应用于手机、电视机、电脑的元件及芯片 C．所有的晶体管和集成电路都是由硅材料制成的 D．低损耗的光导纤维是现代光纤通信的重要材料 【答案】ABD 【详解】A．“纳米材料”是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料，故A正确； B．手机、电视机、电脑的元件及芯片都应用了“半导体材料”，B正确； C．制做晶体管和集成电路的主要材料是硅和砷化镓，故C错误； D．光导纤维的能耗很低，低损耗的光导纤维是现代光纤通信的重要材料，故D正确。 故选ABD。 【典例2-3】将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是__________（选填“晶体”或“非晶体”）；若将一块晶体缓慢熔化，则在熔化过程中，该晶体的内能________（选填“增加”、“减少”或“不变”）。 【答案】 晶体 增加 【详解】[1]晶体的原子都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性，晶体被敲碎后，内部原子排列并不会改变，得到的小颗粒仍然是晶体。 [2]晶体在熔化的过程中，温度保持不变，但其吸收热量，内能增加。 跟踪训练1如图所示为某氮化镓（GaN）单晶体的空间结构。该单晶体在某一晶面方向的热导率显著高于其他方向。由此可推断该单晶体（　　） A．内部原子排列无周期性 B．有导热的各向同性 C．几何外形无规则 D．有固定的熔点 【答案】D 【详解】A．由题图可知，该单晶体部原子排列有周期性，故A错误； B．该单晶体在某一晶面方向的热导率显著高于其他方向，所以该单晶体有导热的各向异性，故B错误； CD．单晶体具有规则的几何外形，有固定的熔点，故C错误，D正确。 故选D。 跟踪训练2（多选）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．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点 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．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体 【答案】CD 【详解】A．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒仍然晶体，A错误； B．单晶体、多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，B错误； 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，例如金刚石和石墨，C正确； D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体，例如天然石英是晶体，加工后做成玻璃就是非晶体，D正确。 故选CD。 跟踪训练3(1)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？ (2)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，这说明什么问题？ 【答案】(1)它们的微观结构不同； (2)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，层与层间距离较大，原子间的作用力较弱，所以石墨的硬度小。这说明组成物质的微粒按照不同的规则在空间分布会形成不同的晶体。 【详解】（1）它们的微观结构不同。 （2）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，层与层间距离较大，原子间的作用力较弱，所以石墨的硬度小。这说明组成物质的微粒按照不同的规则在空间分布会形成不同的晶体。 【能力培优练】 1．下列关于晶体和非晶体的说法，正确的是（　　） A．凡是晶体，都具有天然的几何外形 B．金属整体表现为各向同性，故金属是非晶体 C．化学成分相同的物质，只能生成同一种晶体 D．晶体的各向异性是由于组成晶体的微粒呈现有序排列的结果 【答案】D 【详解】A．晶体不一定具有天然的几何外形，如多晶体（如金属块）就没有规则的几何外形，故A错误； B．金属是多晶体，整体表现为各向同性，但有固定熔点，属于晶体，不是非晶体，故B错误； C．化学成分相同的物质可以生成不同晶体，例如碳元素可形成石墨或金刚石，故C错误； D．晶体的各向异性是由于内部微粒（如原子或分子）呈周期性有序排列，导致不同方向物理性质不同，故D正确。 故选D。 2．利用扫描隧道显微镜可以得到晶体表面原子排列的图像，从而可以研究晶体的构成规律，下面的照片是三种晶体材料表面的图像，通过观察、比较，可以得出的结论是（　　） A．三种晶体的原子排列都具有规律性 B．三种晶体的原子排列都没有规律性 C．三种晶体的原子都是静止不动的 D．三种晶体的原子都是无间隙地挨在一起的 【答案】A 【详解】AB．三种晶体的原子排列不相同，但是对于每一种晶体的原子排列具有各自的规律性，故A正确，B错误； C．晶体的原子在永不停息地做热运动，故C错误； D．原子之间存在间隙，故D错误。 故选A。 3．下列说法正确的是（　　） A．诗人王安石笔下“遥知不是雪，为有暗香来”，“暗香”说明花粉在做布朗运动 B．的冰熔化成的水温度不变，每个水分子的动能都保持不变，一定质量的水结成冰后体积膨胀，分子间距离变大，分子势能随之增大 C．用打气筒快速给自行车轮胎打气，越往后越费劲，说明分子间斥力越来越大 D．用烧热的针尖接触表面涂有蜂蜡层的云母片，蜂蜡层形成了椭圆形的熔化区域，说明云母片的导热性存在各向异性 【答案】D 【详解】A．“暗香”是梅花香气分子的扩散现象，故A错误； B．温度不变时，分子平均动能不变，但每个分子的动能因热运动而随机变化，并非都保持不变；水结冰时体积膨胀，分子间距离增大，但由于形成了更稳定的晶体结构并释放热量，系统的‌分子势能是减小的‌，故B错误； C．打气筒打气费劲是因轮胎内气体压强增大，需克服更大压力做功，气体分子间距大，斥力作用可忽略，并非分子间斥力增大，故C错误； D．蜂蜡熔化区域呈椭圆形，表明热量沿不同方向传导速率不同，说明云母片（晶体）的导热性存在各向异性，故D正确。 故选D。 4．随着科技的发展，国家对晶体材料的研究越来越深入，尤其是对稀土晶体的研究，已经走在了世界的前列。关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　） A．晶体都有规则的几何外形，非晶体则没有规则的几何外形 B．具有规则几何外形的物体就是单晶体 C．多晶体是由单晶体组合而成的，但单晶体表现为各向异性，多晶体表现为各向同性 D．石墨和金刚石都是晶体，但石墨是单晶体，金刚石是多晶体 【答案】C 【详解】A．多晶体没有规则的几何外形，非晶体也没有，故A错误； B．规则几何外形可能是人工加工而成，并非单晶体的特征，故B错误； C．多晶体由许多单晶体杂乱排列组成，单晶体各向异性，多晶体各向同性，故C正确； D．石墨和金刚石都是晶体，它们既可以以单晶体形式存在，也可以以多晶体形式存在，故D错误。 故选C。 5．“嫦娥六号”探测器上装有用石英制成的传感器，在其不同表面施加压力时产生不同的压电效应（即由压力产生电荷的现象）则（　　） A．石英是多晶体 B．石英没有确定的熔点 C．石英内部分子排列具有空间上的周期性 D．石英在熔化过程中分子的平均动能变大 【答案】C 【详解】A．石英具有各向异性，属于单晶体，而多晶体各向同性，故A错误； B．石英是晶体，晶体有确定的熔点，故B错误； C．石英为晶体，其内部分子排列具有空间周期性，故C正确； D．熔化时温度不变，分子平均动能由温度决定，故平均动能不变，故D错误。 故选C。 6．如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，石墨烯是单层的石墨，可以通过剥离石墨而获得，是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型材料。下列说法正确的是（　　） A．单层石墨烯的厚度约在厘米数量级 B．石墨烯可以通过物理方法获得 C．石墨和石墨烯中的碳原子都固定在六边形的顶点不动 D．石墨烯熔化过程中吸热，碳原子的平均动能增加 【答案】B 【详解】A．据查到的资料可知，1毫米厚的石墨大约包含三百万层石墨烯，所以计算可得单层石墨烯的厚度约在纳米数量级以下，故A错误； B．由题可知，可以通过剥离石墨而获得石墨烯，所以石墨烯可以通过物理方法获得，故B正确； C．石墨中的碳原子是运动的，故C错误； D．石墨烯是晶体，熔解过程中吸热，温度不变，碳原子的平均动能不变，故D错误。 故选B。 7．西周晋候鸟尊是中国青铜器中罕见的珍品，是山西博物院的“镇院之宝”（如图所示）。制作鸟尊等青铜器时，先用泥土制成“内范”，在其外部涂适当厚度的蜡，将蜡雕刻成所需形状，称之为“模”，然后在“模”的外面用泥土制成“外范”。通过加热使蜡液流出形成空腔（模具），在空腔中倒入青铜液，待青铜液冷却后，打碎“外范”和“内范”，就得到与“模”一样的青铜器。下列分析正确的是（　　） A．将蜡加热到液态是熔化过程，会放出热量 B．青铜液冷却到固态是凝固过程，会放出热量 C．青铜液冷却到固态是熔化过程，需吸收热量 D．青铜和蜡熔化过程中，温度均保持不变 【答案】B 【详解】A．将蜡加热到液态是熔化过程，会吸收热量，故A错误； BC．青铜液冷却到固态是凝固过程，会放出热量，故B正确，C错误； D．青铜是晶体，熔化过程中，温度保持不变；蜡是非晶体熔化过程中，温度升高，故D错误。 故选B。 8．同一种原子可以形成不同空间结构的晶体，比如在常压下铁具有体心立方结构（图甲），而铁则具有面心立方结构（图乙），这称为铁的同素异形体。关于铁的两种同素异形体，下列说法正确的是（   ） A．由甲图可知，由铁组成的物体一定具有各向异性 B．由乙图可知，由铁组成的物体没有固定的熔点 C．由甲、乙两图可知，纯铁由铁转化为铁时体积会缩小 D．由甲、乙两图可知，由铁和铁组成的物体硬度相同 【答案】C 【详解】A．由甲图可知，由铁组成的物体为多晶体，一定具有各向同性。故A错误； B．由乙图可知，由铁组成的物体为多晶体，有固定的熔点。故B错误； C．由甲、乙两图可知，纯铁由铁转化为铁时铁原子之间的距离减小，体积会缩小。故C正确； D．由甲、乙两图可知，由铁和铁的空间结构不同，组成的物体硬度不相同。故D错误。 故选C。 9．（多选）掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，温度越高掺杂效果越显著，下列说法正确的是（　　） A．这种渗透过程是可逆的 B．硅晶体具有光学上的各向异性 C．这种渗透过程是分子的扩散现象 D．温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，分子的平均速率减小 【答案】BC 【详解】AC．掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，所以这种渗透过程是分子的扩散现象该过程为自发过程，其逆过程不能自发进行，故A错误，C正确； B．由于硅晶体的晶格结构，硅晶体具有光学上的各向异性，故B正确； D．温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，分子的平均速率增大，故D错误。 故选BC。 10．（多选）下列说法正确的是（　　） A．味精是晶体，一定有固定熔点 B．一块固体，若是各个方向导热性能相同，则这个固体一定是非晶体 C．一块固体，若有确定的熔点，则该固体必定为晶体 D．一块铁虽然是各向同性的，但它是晶体 【答案】ACD 【详解】A．味精（谷氨酸钠）是晶体，晶体有固定熔点，故A正确； B．多晶体和非晶体均有各向同性，故B错误； C．有确定熔点的固体必定是晶体，因为非晶体无固定熔点，故C正确； D．铁是多晶体，表现为各向同性，故D正确。 故选ACD。 11．（多选）关于半导体材料和纳米材料，下列相关说法正确的是（　　） A．制作手机中央处理器的材料是半导体材料 B．所有的晶体管和集成电路都是由硅材料制成的 C．石墨烯是一种纳米材料，它的物质组成只有碳这一种元素 D．同种物质，当它以纳米材料的形态出现时，其物理性质可能会有很大的不同 【答案】ACD 【详解】A.制作手机中央处理器的材料是半导体材料，A正确； B.制作晶体管和集成电路的主要材料是硅和砷化镓，B错误； C.石墨烯是一种纳米材料，它是由碳这一种元素组成的，C正确； D.同种物质，当它以纳米材料的形态出现时，其物理性质可能会有很大的不同，D正确。 故选：ACD。 12．下列哪些现象能说明晶体与非晶体的区别（　　） A．食盐是正方体，而蜂蜡无规则形状 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 【答案】AC 【详解】A．食盐是正方体（晶体规则形状），蜂蜡无规则形状（非晶体），体现了晶体可能具有规则几何形状而非晶体无规则形状的区别，故A正确。 B．石墨可导电（晶体），沥青不能导电（非晶体），但导电性取决于材料的电子结构，并非晶体与非晶体的普遍区别（如晶体金刚石不导电，非晶硅可能导电），故B错误。 C．冰熔化时温度保持不变（晶体固定熔点），松香熔化时温度持续升高（非晶体无固定熔点），直接反映了晶体与非晶体熔化行为的根本区别，故C正确。 D．金刚石密度大，石墨密度小，但两者均为晶体，密度差异源于晶体结构不同，与晶体和非晶体的区别无关（非晶体密度因材料而异），故D错误。 故选AC。 13．（多选）关于下列四幅图中所涉及晶体微观结构及其解释的论述中，不正确的是（　　） A．图甲中，晶体中沿不同的方向上微粒排列的情况不同，故晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质 B．图乙为金刚石中碳原子形成的一种紧密结构，相互之间作用力很强，所以金刚石十分坚硬，可制造玻璃刀和钻头 C．图丙为食盐晶体的点阵结构，晶体的许多特性都与点阵结构有关 D．图丁为雪花的微观结构，雪花是晶体，当雪化成水后，水也是晶体 【答案】BD 【详解】A．题图甲晶体中沿不同的方向上微粒排列的情况不同，故晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质，A正确，不符合题意； B．题图乙为石墨的微观结构，B错误，符合题意； C．题图丙为食盐晶体的点阵结构，晶体的许多特性都与点阵结构有关，C正确，不符合题意； D．题图丁为雪花的微观结构，雪花有规则的几何形状，所以是晶体，当雪化成水后，具有流动性，是液体不再是固体，D错误，符合题意。 故选BD。 14．晶体的微观结构 （1）规则性：在各种晶体中，原子（或分子、离子）都是按照一定的______排列的，具有______上的周期性。 （2）在不同条件下，同种物质的微粒按照______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______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。 【答案】 规则 空间 不同规则 一定条件 【详解】（1）[1][2]在各种晶体中，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，使晶体有规则的外形，故填规则，空间。 （2）[1]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，故填不同规则； [2]有些晶体在一定条件下可以转化为非晶体，例如天然石英熔化后再凝固成石英玻璃，故填一定条件。 15．石墨烯特有的物理学特性使其有望被广泛应用于晶体管、触摸屏、复合材料等众多领域，同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破。英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因从事石墨烯的研究并揭示其性质而获得2010年的诺贝尔物理学奖。请查阅相关资料，了解石墨烯除了具有高强韧性的物理性质外，还有哪些特性，在哪些方面具有开发的潜能。 【答案】见解析 【详解】石墨烯是一种杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.固体 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 晶体和非晶体 1 题型2 晶体的微观结构 4 【能力培优练】 7 【重难题型讲解】 题型1 晶体和非晶体 1、固体的分类：固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体又可以分为单晶体与多晶体。 （1）石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等是晶体；玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体。 （2）熔点：晶体具有一定的熔化温度，非晶体没有一定的熔化温度。 2、非晶体：没有则的外形。 物理性质：没有确定的熔化温度。导电、导热、光学等物理性质表现为各向同性。 3、晶体：单晶体整个物体就是一个晶体，具有天然的有规则的几何形状，物理性质表现为各向异性；而多晶体是由许许多多的细小的晶体（单晶体）集合而成，没有天然的规则的几何形状，物理性质表现为各向同性。 （1）单晶体：有天然的规则的几何形状。 物理性质：有确定的熔点。导电、导热、光学等某些物理性质表现为各向异性。 （2）多晶体：没有规则的几何形状。 物理性质：有确定的熔点；导电、导热、光学等物理性质表现为各向同性。 （3）熔点：单晶体和多晶体都有一定的熔化温度。 4、对单晶体的各向异性的理解 (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能时，测试结果不同。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。 ①云母晶体在导热性能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能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。 ★特别提醒 （1）单晶具有各向异性，多晶具有各向同性；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。 （2）区分晶体和非晶体最准确的标志是有无固定的熔点。 （3）晶体熔化曲线中，水平部分表示固液混合状态，此时温度不变，但物体的内能在增加。 5、各向异性和各向同性的定义 （1）从观察玻璃和云母片上石蜡融化区域的形状实验的结果可以看出，玻璃片上石蜡熔化区域的形状近似于圆形，表明玻璃沿各个方向的导热性能相同；云母片上石蜡熔化区域的形状呈椭圆形，表明云母沿不同方向的导热性能不同。还有些晶体沿不同方向的导电性能不同；而有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这类现象叫作各向异性。如图 （2）方解石晶体是各向异性的品体，它能把光分解为两束光而沿不同方向折射，形成双折射现象。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。 ★特别提醒 （1）除了是否具有固定的熔点之外，各向异性和各向同性是区分晶体和非晶体的又一重要特征。但是要注意具有各向异性的一定是单晶体（除了液晶），具有各向同性的除了非晶体也可能是多晶体。 （2）各向异性不止表现在热传导方面，光学、导电性、延展性方面也可能表现出各向异性。 【探究归纳】晶体有规则几何外形、固定熔点、各向异性；非晶体无规则外形、无固定熔点、各向同性。 【典例1-1】关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　） A．晶体都具有规则的几何外形 B．天上飘落的雪花是非晶体 C．物理性质表现为各向同性一定是非晶体 D．天然水晶熔化后再凝固的水晶（石英玻璃）是非晶体 【典例1-2】（多选）关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　） A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体 B．金银铜铁等金属容易加工成各种形状，所以金属不是晶体 C．凡具有各向同性的物质一定是非晶体 D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同 【典例1-3】“观察石蜡熔化区域的形状”实验中，把熔化了的石蜡薄薄地涂在某物质制成的薄片上，再将烙铁通电烧热，然后用烙铁接触薄片的背面，观察到石蜡熔化区域的形状呈椭圆形，如图乙所示，这说明该物质为______（选填“单晶体”“多晶体”或“非晶体”）。 跟踪训练1在甲、乙两种固体薄片的上表面涂一层很薄的石蜡，用烧热的钢针接触固体薄片的下表面，石蜡熔化的范围分别如图所示，下列说法正确的是（　　） A．甲不可能是单晶体 B．甲一定是非晶体 C．甲一定是多晶体 D．乙可能是多晶体 跟踪训练2（多选）2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。他们通过透明胶带对石墨进行反复地粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有的石墨烯，是碳的二维结构。如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法中正确的是（　　）    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 跟踪训练3(1)如图是食盐晶体中的氯离子和钠离子分布的示意图，氯离子和钠离子是在图示位置静止不动吗？ (2)同种物质不是晶体就是非晶体，这种说法对吗？ (3)怎样区分晶体与非晶体、单晶体与多晶体？ 题型2 晶体的微观结构 1、规则性：在各种晶体中，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。 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。 3、对晶体的微观解释 (1)对单晶体各向异性的解释：图为在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况，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，因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同。 (2)对晶体具有确定熔点的解释：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。 4、单晶体、多晶体及非晶体的异同比较 分类 微观结构 宏观表现 外形 物理性质 晶体 单晶体 组成晶体的物质微粒(原子、分子、离子)在空间按一定规则排列——空间点阵 有天然、规则的几何形状 各向异性 有确定的熔点 多晶体 由无数的晶体微粒(小晶粒)无规则排列组成 没有天然、规则的几何形状 各向同性 非晶体 内部物质微粒是无规则排列的 没有确定的熔化温度 5、晶体的微观结构 （1）晶体的微观结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列。 （2）用晶体的微观结构解释晶体的特点。 晶体有天然的规则几何形状是由于内部微粒有规则地排列。 晶体表现为各向异性是由于从内部任何一点出发，在不同方向上相等距离内微粒数不同。 晶体的多型性是由于组成晶体的微粒不同的空间排列形成的。 【探究归纳】晶体内部微粒按规则、周期性、对称的空间点阵排列，具有长程有序结构。 【典例2-1】下列关于固体的叙述，正确的是（　　） A．晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列 B．多晶体内部的分子排列是不规则的 C．同种元素的原子按不同结构排列有相同的物理性质 D．石墨的硬度比金刚石差得多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布 【典例2-2】（多选）“新材料”是相对于传统材料而言的。新材料的使用对推动社会的进步正在发挥着越来越大的作用。下列关于“新材料”的描述正确的是（　　） A．“纳米材料”是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料 B．“半导体材料”广泛应用于手机、电视机、电脑的元件及芯片 C．所有的晶体管和集成电路都是由硅材料制成的 D．低损耗的光导纤维是现代光纤通信的重要材料 【典例2-3】将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是__________（选填“晶体”或“非晶体”）；若将一块晶体缓慢熔化，则在熔化过程中，该晶体的内能________（选填“增加”、“减少”或“不变”）。 跟踪训练1如图所示为某氮化镓（GaN）单晶体的空间结构。该单晶体在某一晶面方向的热导率显著高于其他方向。由此可推断该单晶体（　　） A．内部原子排列无周期性 B．有导热的各向同性 C．几何外形无规则 D．有固定的熔点 跟踪训练2（多选）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．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点 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．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体 跟踪训练3(1)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？ (2)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，这说明什么问题？ 【能力培优练】 1．下列关于晶体和非晶体的说法，正确的是（　　） A．凡是晶体，都具有天然的几何外形 B．金属整体表现为各向同性，故金属是非晶体 C．化学成分相同的物质，只能生成同一种晶体 D．晶体的各向异性是由于组成晶体的微粒呈现有序排列的结果 2．利用扫描隧道显微镜可以得到晶体表面原子排列的图像，从而可以研究晶体的构成规律，下面的照片是三种晶体材料表面的图像，通过观察、比较，可以得出的结论是（　　） A．三种晶体的原子排列都具有规律性 B．三种晶体的原子排列都没有规律性 C．三种晶体的原子都是静止不动的 D．三种晶体的原子都是无间隙地挨在一起的 3．下列说法正确的是（　　） A．诗人王安石笔下“遥知不是雪，为有暗香来”，“暗香”说明花粉在做布朗运动 B．的冰熔化成的水温度不变，每个水分子的动能都保持不变，一定质量的水结成冰后体积膨胀，分子间距离变大，分子势能随之增大 C．用打气筒快速给自行车轮胎打气，越往后越费劲，说明分子间斥力越来越大 D．用烧热的针尖接触表面涂有蜂蜡层的云母片，蜂蜡层形成了椭圆形的熔化区域，说明云母片的导热性存在各向异性 4．随着科技的发展，国家对晶体材料的研究越来越深入，尤其是对稀土晶体的研究，已经走在了世界的前列。关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　） A．晶体都有规则的几何外形，非晶体则没有规则的几何外形 B．具有规则几何外形的物体就是单晶体 C．多晶体是由单晶体组合而成的，但单晶体表现为各向异性，多晶体表现为各向同性 D．石墨和金刚石都是晶体，但石墨是单晶体，金刚石是多晶体 5．“嫦娥六号”探测器上装有用石英制成的传感器，在其不同表面施加压力时产生不同的压电效应（即由压力产生电荷的现象）则（　　） A．石英是多晶体 B．石英没有确定的熔点 C．石英内部分子排列具有空间上的周期性 D．石英在熔化过程中分子的平均动能变大 6．如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，石墨烯是单层的石墨，可以通过剥离石墨而获得，是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型材料。下列说法正确的是（　　） A．单层石墨烯的厚度约在厘米数量级 B．石墨烯可以通过物理方法获得 C．石墨和石墨烯中的碳原子都固定在六边形的顶点不动 D．石墨烯熔化过程中吸热，碳原子的平均动能增加 7．西周晋候鸟尊是中国青铜器中罕见的珍品，是山西博物院的“镇院之宝”（如图所示）。制作鸟尊等青铜器时，先用泥土制成“内范”，在其外部涂适当厚度的蜡，将蜡雕刻成所需形状，称之为“模”，然后在“模”的外面用泥土制成“外范”。通过加热使蜡液流出形成空腔（模具），在空腔中倒入青铜液，待青铜液冷却后，打碎“外范”和“内范”，就得到与“模”一样的青铜器。下列分析正确的是（　　） A．将蜡加热到液态是熔化过程，会放出热量 B．青铜液冷却到固态是凝固过程，会放出热量 C．青铜液冷却到固态是熔化过程，需吸收热量 D．青铜和蜡熔化过程中，温度均保持不变 8．同一种原子可以形成不同空间结构的晶体，比如在常压下铁具有体心立方结构（图甲），而铁则具有面心立方结构（图乙），这称为铁的同素异形体。关于铁的两种同素异形体，下列说法正确的是（   ） A．由甲图可知，由铁组成的物体一定具有各向异性 B．由乙图可知，由铁组成的物体没有固定的熔点 C．由甲、乙两图可知，纯铁由铁转化为铁时体积会缩小 D．由甲、乙两图可知，由铁和铁组成的物体硬度相同 9．（多选）掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，温度越高掺杂效果越显著，下列说法正确的是（　　） A．这种渗透过程是可逆的 B．硅晶体具有光学上的各向异性 C．这种渗透过程是分子的扩散现象 D．温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，分子的平均速率减小 10．（多选）下列说法正确的是（　　） A．味精是晶体，一定有固定熔点 B．一块固体，若是各个方向导热性能相同，则这个固体一定是非晶体 C．一块固体，若有确定的熔点，则该固体必定为晶体 D．一块铁虽然是各向同性的，但它是晶体 11．（多选）关于半导体材料和纳米材料，下列相关说法正确的是（　　） A．制作手机中央处理器的材料是半导体材料 B．所有的晶体管和集成电路都是由硅材料制成的 C．石墨烯是一种纳米材料，它的物质组成只有碳这一种元素 D．同种物质，当它以纳米材料的形态出现时，其物理性质可能会有很大的不同 12．下列哪些现象能说明晶体与非晶体的区别（　　） A．食盐是正方体，而蜂蜡无规则形状 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 13．（多选）关于下列四幅图中所涉及晶体微观结构及其解释的论述中，不正确的是（　　） A．图甲中，晶体中沿不同的方向上微粒排列的情况不同，故晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质 B．图乙为金刚石中碳原子形成的一种紧密结构，相互之间作用力很强，所以金刚石十分坚硬，可制造玻璃刀和钻头 C．图丙为食盐晶体的点阵结构，晶体的许多特性都与点阵结构有关 D．图丁为雪花的微观结构，雪花是晶体，当雪化成水后，水也是晶体 14．晶体的微观结构 （1）规则性：在各种晶体中，原子（或分子、离子）都是按照一定的______排列的，具有______上的周期性。 （2）在不同条件下，同种物质的微粒按照______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______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。 15．石墨烯特有的物理学特性使其有望被广泛应用于晶体管、触摸屏、复合材料等众多领域，同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破。英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因从事石墨烯的研究并揭示其性质而获得2010年的诺贝尔物理学奖。请查阅相关资料，了解石墨烯除了具有高强韧性的物理性质外，还有哪些特性，在哪些方面具有开发的潜能。 / 学科网（北京）股份有限公司 $