固體的微觀結構+第3節(jié)材料科技與人類文明

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1、 第 2 節(jié) 固體的微觀結構 第 3 節(jié) 材料科技與人類文明 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.了解對晶體結構的認識過程， 知道晶體微觀結構的特 點 . 2.知道晶體的結合類型和特點． (重點 ) 3.會用固體的微觀結構解釋其宏觀性質． (重點、難點 ) 4.了解材料科學技術的有關知識及應用 . 固 體 的 微 觀 結 構 [先填空 ] 1．晶體的結構及結合類型 (1)組成晶體的物質微粒有規(guī)則地在空間排成陣列，呈現(xiàn)周而復始的有序結 構，說明

2、晶體的微觀結構具有周期性． (2)晶體內部各微粒之間存在著很強的相互作用力，微粒被約束在一定的平 衡位置上． (3)熱運動時，組成晶體的物質微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振動． (4)晶體的結合類型比較 類型 構成微粒 結合鍵 舉例 離子晶體 正、負離子 離子鍵 NaCl、AgBr 原子晶體 原子 共價鍵 SiO2、金剛石 金屬晶體 物質微粒 金屬鍵 銅、銀、鋁 2.固體特征的微觀解釋 (1)方法：在固體界面沿不同方向畫出等長直線． (2)微觀解釋 ①單晶體在不同直線上微粒的個數(shù)不相等， 說明沿不同方向微粒

3、的排列及物 第 1 頁 質結構情況不同，在物理性質上表現(xiàn)為各向異性． ②非晶體在不同直線上微粒的個數(shù)大致相等， 說明沿不同方向微粒排列及物 質結構情況基本相同，在物理性質上表現(xiàn)為各向同性． (3)同一種物質在不同條件下形成不同的晶體，由于微觀結構不同，物理性 質有很大差異． [再判斷 ] 1．Cu 是離子晶體． () 2．晶體的分子 (原子、離子 )排列是有規(guī)則的． (√) 3．非晶體在不同方向上的微粒排列及物質結構情況基本相同． (√) 4．同一種物質只能生成一種晶體． () [后思考 ]

4、 為什么多晶體表現(xiàn)為各向同性？ 【提示】 多晶體是由許多雜亂無章地排列著的小晶體 (晶粒 )組成的．每個 晶粒都是一個小單晶體 ，具有各向異性． 但由于晶粒在多晶體里雜亂無章地排列 著，所以它在不同方向的物理性質是相同的 ，即各向同性． [合作探討 ] 探討 1：單晶體為什么有規(guī)則的幾何外形？ 【提示】 由于單晶體中的物質微粒在空間是按一定規(guī)律排列的 ，微粒只在 一定平衡位置做微小振動 ，所以晶體有規(guī)則的幾何外形． 探討 2：多晶體為什么沒有規(guī)則的幾何外形？ 【提示】 由于多晶體內部的物質微粒排列沒有一

5、定的規(guī)律 ，是雜亂無章的． [核心點擊 ] 1．對外形及物理性質表現(xiàn)各向異性還是各向同性的解釋 單晶體 多晶體 非晶體 外形 規(guī)則 不規(guī)則 不規(guī)則 物理 各向異性 各向同性 各向同性 性質 第 2 頁 非晶體內部微粒的排 多晶體內部物質微粒的排 單晶體內部物質微 列沒有一定規(guī)律， 在宏 列沒有一定規(guī)律．因此宏 粒的排列有一定規(guī) 觀上沒有規(guī)則的幾何 觀上沒有規(guī)則的幾何外 律，因此宏觀上有 外形．在非晶體內部， 形．在多晶體內部物質微 規(guī)則

6、的幾何外 物質微粒的排列是雜 微觀 粒的排列是雜亂無章的， 形．在不同方向上 亂無章的，從統(tǒng)計觀點 解釋 從統(tǒng)計的觀點來看，在不 的微粒排列及物質 來看，在不同方向上的 同方向上的微粒排列及物 結構情況不一樣， 微粒排列及物質結構 質結構情況基本相同，因 在物理性質上表現(xiàn) 基本相同，所以在物理 為各向異性 . 此在物理性質上表現(xiàn)為各 性質上表現(xiàn)為各向同 向同性 . 性. 2.對同素異形體的解釋 有的物質有幾種晶體， 是因為它們的物質微粒能形成不同的晶體結構． 例如碳原子按

7、不同的結構排列可形成石墨和金剛石，二者在物理性質上有很大差 別．白磷和紅磷的化學成分相同， 但白磷具有立方體結構， 而紅磷具有與石墨一樣的層狀結構，二者在物理性質上也有很大差別． 3．對晶體具有一定熔點的解釋 給晶體加熱到一定溫度時，一部分微粒有足夠的動能克服微粒間的作用力， 離開平衡位置， 使規(guī)則的排列被破壞． 晶體開始熔化， 熔化時晶體吸收的熱量全 部用來破壞規(guī)則的排列，溫度不發(fā)生變化． 1．下列哪些屬于晶體的結合類型 ( ) A．金屬晶體 B．離子晶體 C．多晶體 D．原子晶體 E．單晶體 【解析】 晶體的結合類型有：離子晶體

8、、原子晶體和金屬晶體 ，故選 A 、 B、D. 【答案】 ABD 2．下列敘述中正確的是 ( ) 【導學號： 30110022】 第 3 頁 A．晶體的各向異性是由于它的微粒按空間點陣排列 B．單晶體具有規(guī)則的幾何外形是由于它的微粒按一定規(guī)律排列 C．非晶體有規(guī)則的幾何形狀和確定的熔點 D．石墨的硬度比金剛石的差很多，是由于它的微粒沒有按空間點陣分布 E．非晶體沒有規(guī)則幾何形狀，也沒有確定的熔點 【解析】 晶體內部微粒排列的空間結構決定著晶體的物理性質是否相同； 也正是由于

9、它的微粒按一定規(guī)律排列 ，使單晶體具有規(guī)則的幾何形狀． 石墨與金 剛石的硬度相差甚遠是由于它們內部微粒的排列結構不同 ，石墨的層狀結構決定 了它的質地柔軟 ，而金剛石的網(wǎng)狀結構決定了其中碳原子間的作用力很強 ，所以 金剛石有很大的硬度 ，故 A 、B、E 正確． 【答案】 ABE 3．關于晶體和非晶體，以下說法中正確的是 ( ) A．同種物質在不同的條件下可表現(xiàn)為晶體或非晶體 B．晶體內部物質微粒排列是有規(guī)則的，而非晶體內部物質微粒排列是不規(guī) 則的 C．晶體內部的微粒是靜止的，而非晶體內部的物質微粒在不停地運動著

10、D．在物質內部的各個層面上，微粒數(shù)相等的是晶體，微粒數(shù)不等的是非晶 體 E．非晶體在不同直線上微粒的個數(shù)大致相等，所以在物理性質上表現(xiàn)為各 向同性 【解析】 同種物質也可能以晶體或非晶體兩種不同形式出現(xiàn) ，所以 A 正 確；晶體和非晶體在微觀結構上的區(qū)別決定了它們在宏觀性質上的不同 ，所以 B 正確；不管是晶體還是非晶體 ，組成物體的微粒永遠在做熱運動 ，所以 C 是錯 的；非晶體沒有層面 ，也就談不到什么層面的問題 ，即使是晶體各個層面的微粒 數(shù)也不一定相等 ，所以 D 也是錯的 ， E 正確． 【答案】 ABE

11、 第 4 頁 1．單晶體具有各向異性是因為沿不同方向微粒的排列及物質結構情況不同． 2．晶體具有確定的熔點是因為晶體具有規(guī)則的排列結構． 3．同一物質有幾種不同的晶體是因為物質微粒排列的空間結構不同． 材 料 種 類 和 新 材 料 及 其 應 用 [先填空 ] 1．材料的分類 (1)按材料特性分為：結構材料和功能材料． (2)按應用領域分為：信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航 天材料等． (3)按習慣分為： 金屬材料、無機非金屬材料、 有機高分子材

12、料和復合材料． 2．新材料 (1)材料科學是研究材料的制造、結構與性能三者之間相互關系的科學． (2)納米是長度單位，1 nm＝10－9 m，顆粒在 1～100 nm 的材料稱為納米材料． (3)發(fā)生形變后幾乎能 100%恢復原狀的材料稱為形狀記憶合金． (4)微電子材料：半導體． (5)力、熱、聲、光、磁等方面的某些性能會發(fā)生突變的納米材料． (6)材料、能源、信息被當今國際社會公認為現(xiàn)代文明的三大支柱． [再判斷 ] 1．在極低的溫度下，純凈的半導體仍能很好地導電． () 2．在有光照射時，有的半導體可以導電． (√) 3．

13、摻入一定雜質后，半導體的導電性能一定會變差． () [后思考 ] 隨著納米科技的發(fā)展 ，納米商品開始進入市場 ，有的商家為了促銷商品 ，打 著納米材料的幌子到處招搖撞騙 ，如在社會上出現(xiàn)了納米 “冰箱 ”、納米 “洗衣 機 ”，甚至出現(xiàn)了納米 “ 電影 ” 的笑話．你了解什么是 “ 納米 ”嗎？你知道納米 材料有哪些良好的性能嗎？ 第 5 頁 納米涂料 圖 2-2-1 【提示】 納米是長度單位： 1 nm＝ 10－9 m．以碳納米管為例 ，納米材料有 韌性高、導電性極強

14、 ，并兼具金屬和半導體的特性． [合作探討 ] 探討：研究納米材料等新材料有什么意義？ 【提示】 材料是人類生存和發(fā)展的物質基礎 ，是人類社會現(xiàn)代文明的重要 支柱，材料的變化直接影響著社會的變化 ，材料是技術進步的關鍵要素之一． 能 源、信息和材料被稱為現(xiàn)代文明的三大支柱． [核心點擊 ] 1．新材料及其應用 新材料主要包括新型金屬材料、 高分子合成材料、 新型無機非金屬材料、 復合材料、光電子材料等． (1)新型金屬材料：有鋁合金、鎂合金、鈦合金以及稀有金屬，它們在導電、 航空航天、原子能方面有廣泛用途．

15、 (2)高分子合成材料：有合成橡膠、塑料和化學纖維等．它們在火箭、建筑、 醫(yī)療、交通、服裝、農業(yè)、國防上有廣泛用途． (3)新型無機非金屬材料：有工業(yè)陶瓷、光導纖維、半導體材料．它們在燃 氣機制造、磁流體發(fā)電機、通信、工業(yè)、科學研究等方面有廣泛用途． (4)復合材料：可分為結構復合材料和功能復合材料．它們在航空航天、電 子工業(yè)、生活用品、新能源技術、信息技術、海洋工程等方面有廣泛用途． (5)光電子材料：有光電子半導體材料、光纖、薄膜材料、液晶顯示材料．它 們在光電子器件、光通信、光計算、激光技術等方面有廣泛用途． 2．納米材料及其應用

16、(1)納米是長度單位： 1 nm＝10－ 9 m. (2)納米技術：在納米尺度 (1～100 nm)上制造材料和器件的技術．即重新排 列原子而制造具有新分子結構的技術． 第 6 頁 (3)納米材料有納米金屬、納米磁場材料、納米陶瓷材料、有機 —無機納米 復合物、納米傳感材料、納米醫(yī)用材料等． (4)納米材料應用領域：能源、環(huán)保、通信、航空航天、醫(yī)療、日常生活等． 4．下列認識正確的是 ( ) A．納米是一種尺寸很小的材料，是納米材料的簡稱 B．納米技術就是重新排列原子而制造具有新分子結構的技術 C．納米是一

17、個長度單位 D．納米材料的奇特效應使納米材料表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)材料的良好性能 E．納米材料就是顆粒大小為 1 nm 的材料 【解析】 納米是一個長度單位 ，故 A 錯， C 對；納米技術是原子的重新 排列，納米材料的制造是在納米技術的基礎上 ，故 B、D 對；粒度在 1～ 100 nm 間的材料均是納米材料 ， E 錯． 【答案】 BCD 5．納米材料的奇特效應使納米材料表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)材料的良好性能，以 下關于納米材料的性能的說法中，正確的是 ( ) 【導學號： 30110023】 A．在力學性能方面，納米材料具有高強、高

18、硬和良好的可塑性 B．在熱學性能方面，納米超細微粒的熔點比常規(guī)粉體低得多 C．在電學性能方面，納米金屬在低溫時會呈現(xiàn)超導電性 D．在化學性能方面，納米材料化學活性低，因此化學穩(wěn)定性強 E．納米材料的活性極高， 極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結合 【解析】 在電學性能方面 ，納米材料在低溫時會呈現(xiàn)電絕緣性； 而在化學 性能方面 ，納米材料具有相當高的化學活性 ，故選項 C、D 錯誤． 【答案】 ABE 納米材料特性 1．納米尺度和原子直徑的數(shù)量級很接近 ，因此納米技術實際上就是重新排 列原子而制造出具有新分子結構的

19、技術． 第 7 頁 2．當材料小到納米尺度時 ，其性能會發(fā)生突變 ，體現(xiàn)在以下幾方面： (1)力學性能：高強、高硬和良好塑性． (2)熱學性能：熔點較低． (3)電學性能：低溫時會呈現(xiàn)電絕緣性． 第 8 頁