1、第九章 固体、液体和物态变化 1 固 体 2 液 体 必备知识自主学习 一、固体【情境思考】问题:在外形上晶体和非晶体有什么区别?提示:晶体有规则的形状,非晶体没有确定的形状。1.固体分类:(1)晶体:如_、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖、味精等。(2)非晶体:如_、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。石英 玻璃 2.晶体与非晶体的区别:固体分类 比较内容 宏 观 外 形 物 理 性 质 非 晶 体 没有确定 的_(1)没有确定的_(2)导热、导电、光学性质表现为 各向 _ 晶 体 单晶体 有规则 的_(1)有确定的_(2)导热、导电、光学性质表现为 各向 _ 多晶体 没有确定 的_(1)有确定的_(2
2、)导热、导电、光学性质表现为 各向 _ 形状 熔点 同性 形状 熔点 异性 形状 熔点 同性 3.晶体的微观结构:(1)规则性:单晶体的原子(或分子、离子)都是按照各自的规则排列,具有空间上 的_。(2)变化或转化: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_。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。周期性 不同规则 晶体 二、液体 1.液体的微观结构:(1)分子间距:液体分子间的距离_。(2)分子间作用力:液体分子间的作用力比_分子间的作用力要小。(3)分子运动:在温度相同的情况下,液体的扩散速度要比固体的扩散速度
3、_。2.表面张力:由于表面层分子分布比较_,分子间的作用力表现为相互_ 而使液体表面绷紧的力。很小 固体 快 稀疏 吸引 三、浸润和不浸润及毛细现象 1.浸润:一种液体会_某种固体并附着在固体的表面上的现象。2.不浸润:一种液体_某种固体,不会附着在这种固体的表面上的现象。3.浸润和不浸润是_作用的表现。4.毛细现象:浸润液体在细管中_的现象,以及不浸润液体在细管中_的 现象。5.影响因素：毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关,毛细管内径越细,高度差_。润湿 不会润湿 分子力 上升 下降 越大 四、液晶 1.液晶的概念:像液体一样具有_,其光学性质与某些_相似,具有各向 _的有机化合物,称
4、为液晶。2.液晶的用途:液晶可以用作_元件,在生物医学、电子工业、航空工业中都 有重要应用。流动性 晶体 异性 显示 【易错辨析】(1)没有固定熔点的固体一定是非晶体。()(2)同一种物质只能形成一种晶体。()(3)物理性质表现为各向同性的一定是非晶体。()(4)表面张力是分子力的宏观表现。()(5)毛细管插入水中,管的内径越大,管内水面升高得越高。()关键能力合作学习 知识点一 晶体和非晶体 1.单晶体、多晶体及非晶体的异同:2.单晶体的各向异性:(1)在物理性质上,单晶体具有各向异性,而非晶体则是各向同性的。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
5、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,举例如下: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。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。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。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。【问题探究】情境:如图所示是日常生活中常见的几种晶体和非晶体,请在图片基础上思考以下问题:讨论:(1)晶体与非晶体在外观上有什么不同?(2)没有规则几何外形的
6、固体一定是非晶体吗?提示:(1)晶体通常具有天然的规则几何外形,而非晶体没有天然的规则几何外形。(2)不一定。如图中的明矾就没有规则的几何外形。【典例示范】【典例】下列叙述中错误的是()A.晶体的各向异性是由于它的微粒是按各自的规则排列着的 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.非晶体的内部微粒是无规则排列的 D.石墨的硬度与金刚石差很多,是由于它的微粒没有按空间点阵分布【解析】选D。晶体内部微粒排列的空间结构决定着晶体的物理性质不同;也正是由于它的微粒按一定规律排列,使单晶体具有规则的几何形状,选项A、B正确;非晶体的内部微粒是无规则排列的,选项C正确;石墨与金刚石硬
7、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松软,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,选项D错误。【规律方法】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。【素养训练】1.在图甲、乙、丙三种固体薄片上涂蜡,由烧热的针接触其上一点,蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示,而甲、乙、丙三种固体在熔化过
8、程中温度随加热时间变化的关系如图丁所示,以下说法正确的是()A.甲、乙为非晶体,丙是晶体 B.甲、乙为晶体,丙是非晶体 C.甲、丙为非晶体,乙是晶体 D.甲为多晶体,乙为非晶体,丙为单晶体【解析】选D。由图甲、乙、丙可知:甲、乙各向同性,丙各向异性;由图丁可知:甲、丙有固定熔点,乙无固定熔点,所以甲、丙为晶体,乙为非晶体,其中甲为多晶体,丙为单晶体,故D正确。2.(多选)(2020江苏高考)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史,它是一种非晶体。下列关于玻璃的说法正确的有()A.没有固定的熔点 B.天然具有规则的几何形状 C.沿不同方向的导热性能相同 D.分子在空间上周期性排列【解析】
9、选A、C。根据非晶体的特点可知非晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)不呈空间有规则周期性排列的固体。它没有一定规则的外形,它的物理性质在各个方向上是相同的,叫“各向同性”,它没有固定的熔点。选项A、C正确。【加固训练】有一块长方形的铜条,有关于它的三种说法:这是一块单晶体,因为它有规则的几何形状。这是一块多晶体,因为它内部的分子排列是不规则的,没有形成点阵结构。这是非晶体,因为它的物理性质是各向同性的。这三种说法中()A.、是错的 B.、是错的 C.、是错的 D.都是错的【解析】选D。铜条虽然是长方形的,但它的形状是人工加工成的,而不是天然的,故铜条不是单晶体;铜条是由许许多多微小的晶粒组成
10、,对于每一个晶粒,内部的分子是规则的,形成点阵结构;铜条虽然物理性质是各向同性,但却具有固定的熔点,是晶体。综上可知,选项D正确。知识点二 液晶和液体的微观结构及表面张力 1.液体表面张力的成因分析:(1)分子间距离特点:由于蒸发现象,液体表面分子分布比内部分子稀疏。(2)分子力特点:液体内部分子间引力、斥力基本上相等,而液体表面层分子之间距离较大,分子力表现为引力。(3)表面特性:表面层分子之间的引力使液面产生了表面张力,使液体表面形成一层绷紧的膜。(4)表面张力的方向:表面张力的方向和液面相切,垂直于液面上的各条分界线,如图所示。2.表面张力及其作用:(1)表面张力使液体表面具有收缩趋势,
11、使液体表面积趋于最小。而在体积相同的条件下,球形的表面积最小。例如,吹出的肥皂泡呈球形,滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球形(但由于受重力的影响,往往呈扁球形,在完全失重条件下才呈球形)。(2)表面张力的大小除了跟边界线长度有关外,还跟液体的种类、温度有关。3.液晶的特性及微观结构:(1)液晶是介于固态和液态之间的中间态,其分子排列介于二者之间,并且排列有序但是不稳定的。(2)液晶具有光学上的各向异性,液晶分子的排列不稳定,微小的外界变动都会改变分子排列,从而改变液晶的某些性质。【问题探究】情境:如图所示是液体表面附近分子分布的大致情况。讨论:液体表面层内的分子距离和分子力各有什么特点?提示:液体表
12、面层内分子距离较大,大于分子在平衡位置的距离,分子力表现为引力。【典例示范】考查角度1 对液体表面张力的认识【典例1】(2020巴彦淖尔高二检测)关于液体的表面张力,下列说法正确的是()A.表面张力是液体内部各部分之间的相互作用力 B.液体表面层分子的分布比液体内部密集,分子间相互作用力表现为引力 C.表面张力的方向总是垂直液面,指向液体内部 D.表面张力的方向总是沿液面相切方向分布的【解析】选D。表面张力是液体表面层分子间的作用力,而不是液体内部各部分之间的相互作用力,A错误;液体表面层分子较液体内部稀疏,分子间距离大于分子的平衡距离,故分子力表现为引力,即存在表面张力,B错误;表面张力使液
13、体表面有收缩的趋势,它的方向跟液面相切,C错误、D正确。故选D。【误区警示】分析表面张力问题的三点注意(1)表面张力是液体表面层中大量分子间引力的宏观表现。(2)表面张力的大小除了跟分界线长度有关外,还跟液体的性质和温度有关,一般情况下,温度越高,表面张力就越小。(3)表面张力的方向与液面相切。考查角度2 对液晶的认识【典例2】关于液晶,以下说法不正确的是()A.液晶既具有流动性,又具有光学性质各向异性 B.液晶分子排列的有序性介于固体和液体之间 C.当液晶中电场强度不同时,它对不同颜色的光吸收强度就不同 D.任何物质都有液晶态【解析】选D。液晶像液体一样具有流动性,而其光学性质与某些晶体相似
14、具有各向异性,故A正确。液晶一方面像液体具有流动性,另一方面又像晶体,分子在特定方向排列比较整齐有序,具有各向异性的特点,故B正确。液晶各向异性,对不同颜色光的吸收强度随电场强度的变化而变化,故C正确。某些有机化合物具有一种特殊的状态,在这种状态中,它们一方面像液体,具有流动性,另一方面又像晶体,分子在某个方向上排列比较整齐,因而具有各向异性,我们把这些物质叫作液晶。并不是所有物质都有液晶态,只有某些有机化合物才有液晶态,故D错误。【素养训练】1.(多选)关于液晶,下列说法中正确的是()A.液晶是一种液态的晶体 B.利用液晶可以检查肿瘤,还可以检查电路中的短路点 C.液晶的光学性质随温度的变化
15、而变化 D.液晶的光学性质不随外加电压的变化而变化【解析】选B、C。液晶的微观结构介于晶体和液体之间,故A错;利用液晶随温度变化改变颜色的性质来探测温度、检查肿瘤和检查电路中的短路点等,故B对;外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化,从而改变液晶的某些性质,温度、压力、外加电压等因素变化时,都会改变液晶的光学性质,故C对、D错。2.如图所示,金属框架的A、B间系一个棉线圈,先使框架布满肥皂膜,然后将P和Q两部分的肥皂膜刺破,线的形状将变成下列选项图中的()【解析】选C。由于液体表面张力的作用,液体表面有收缩到最小的趋势,A、B、D错误,C正确。故选C。【加固训练】1.(多选)下列现象中,
16、能说明液体存在表面张力的有()A.水黾(一种昆虫)可以停在水面上 B.叶面上的露珠呈球形 C.滴入水中的红墨水很快散开 D.悬浮在水中的花粉做无规则运动【解析】选A、B。由于表面张力的存在,使得液体表面如同一张绷紧的橡皮膜,富有弹性且具有使液面收缩到最小的趋势,水黾可以停在水面上,叶面上的露珠呈球形都是由于表面张力存在造成的,故选项A、B正确;滴入水中的红墨水很快散开,悬浮在水中的花粉做无规则运动都是由于水分子在做无规则运动造成的,选项C、D错误。2.液体表面具有收缩的趋势,其原因是()A.由于液体表面分子间距离小于平衡距离r0,液面分子间表现为引力,所以液体表面具有收缩的趋势 B.由于液体表
17、面分子间的距离大于平衡距离r0,液面分子间表现为引力,所以液体表面具有收缩的趋势 C.由于液体表面的分子受到外部空气分子的吸引力,所以液体表面具有收缩的趋势 D.因液体具有流动性,所以液体表面具有收缩的趋势【解析】选B。液体表面之所以具有收缩的趋势,与其结构密不可分。在液体的表面层中,液体分子的分布比较稀疏,因此分子间的距离大于平衡距离r0,故液面分子间表现为引力,所以液体表面具有收缩的趋势,故选项B对,选项A、C、D错。知识点三 浸润和不浸润及毛细现象的分析 1.浸润和不浸润现象成因分析:(1)附着层内分子受力情况:液体和固体接触时,附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外,还受到固体分子的
18、吸引。(2)浸润的成因:当固体分子吸引力大于液体内部分子力时,附着层内液体分子比液体内部分子稠密,附着层中分子之间表现为斥力,具有扩张的趋势,这时表现为液体浸润固体。(3)不浸润的成因:当固体分子吸引力小于液体内部分子力时,附着层内液体分子比液体内部分子稀疏,附着层中分子之间表现为引力,具有收缩的趋势,这时表现为液体不浸润固体。2.毛细现象:(1)两种表现:浸润液体在细管中上升,以及不浸润液体在细管中下降。(2)产生原因:毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。如图所示,甲是浸润情况,此时管内液面呈凹形,因为水的表面张力作用,液体会受到一向上的作用力,因而管内液面要比管外高;乙是不浸润情况
19、,管内液面呈凸形,表面张力的作用使液体受到一向下的力,因而管内液面比管外低。【问题探究】在灌溉完土地后农民伯伯往往利用翻松地表土壤的方法来保存土壤中的水分,你知道这是为什么吗?提示:把地表土壤锄松,破坏了土壤表层的毛细管,地下的水分就不会沿毛细管上升到地面而蒸发掉。【典例示范】【典例】(多选)在做毛细现象实验时,我们可以看到的现象是()A.毛细管插入水中,管内径越小,管内水面升高的越高;管内径越粗,管内水面升高的越低 B.毛细管插入水银中,管内径越小,管内水银面越高;内径越粗,管内水银面越低 C.毛细管插入浸润的液体中时管内液面上升,插入跟它不浸润的液体中时,管内液面降低 D.毛细管插入跟它不
20、浸润的液体中时管内液面上升,插入浸润的液体中时管内液面下降 【解析】选A、C。毛细管插入水中,管内径越小,管内水面升高的越高;管内径越粗,管内水面升高的越低,故选项A正确;将毛细管插入水银中,管内液面会下降,故选项B错误;毛细管插入浸润的液体中时管内液面上升,插入跟它不浸润的液体中时,管内液面会降低,故选项C正确,选项D错误。【素养训练】1.(多选)关于浸润和不浸润,下列说法正确的是()A.水是浸润液体,水银是不浸润液体 B.在很细的玻璃管中,如果液体能够浸润器壁,液面就成凸形 C.在很细的玻璃管中,如果液体能够浸润器壁,液面就成凹形 D.鸭子的羽毛上有一层很薄的脂肪,使鸭毛不被水浸润【解析】
21、选C、D。浸润与不浸润是相对的,对玻璃来说水银是不浸润液体,但不是对任何固体都是不浸润液体,故A错误;在玻璃管中,如果液体能够浸润器壁,液面呈凹形,故B错误、C正确;鸭子的羽毛上有一层脂肪,使水不能浸润羽毛,故D正确。2.(多选)同一种液体,滴在固体A的表面时,出现如图甲所示的情况;当把毛细管B插入这种液体时,液面又出现图乙的情况,若A固体和B毛细管都很干净,则()A.A固体和B管可能是同种材料 B.A固体和B管一定不是同种材料 C.固体A的分子对液体分子的引 力比液体内的分子的引力小些 D.液体对B管能产生浸润现象【解析】选B、C、D。由题图可知该液体不能附着在A的表面,所以对A是不浸润的;
22、当把毛细管B插入这种液体时,液面呈现凹形说明液体对B是浸润的,所以A与B一定不是同种材料,A错误,B、D均正确;根据浸润与不浸润的特点可知,浸润时固体对液体分子的引力大于液体内部的分子引力,而不浸润时固体对液体分子的引力小于液体内部的分子引力,由题图可知液体对固体A是不浸润的,所以固体A的分子对液体分子的引力比液体内部的分子的引力小些,C正确。故选B、C、D。【加固训练】1.玻璃上能附着水,发生这种现象的原因是()A.水具有流动性 B.玻璃表面不光滑 C.水与玻璃接触时,附着层里水分子受到玻璃分子的吸引较强 D.水与玻璃接触时,附着层里的分子比水内部稀疏【解析】选C。水与玻璃接触时,附着层里水
23、分子受到玻璃分子的吸引较强,附着层里的分子比水内部密集,分子间的作用力表现为斥力,故选项C对,选项A、B、D错。2.(多选)将不同材料制成的甲、乙细管插入相同的液体中,甲管内液面比管外液面低,乙管内液面比管外液面高,则()A.液体对甲材料是浸润的 B.液体对乙材料是浸润的 C.甲管中发生的不是毛细现象,而乙管中发生的是毛细现象 D.若甲、乙两管的内径变小,则甲管内液面更低,乙管内液面更高【解析】选B、D。液体对固体浸润的情况下,在附着层分子的排斥力和表面层分子的吸引力的共同作用下,液面将上升,所以A错、B对;毛细现象是指浸润液体在细管中上升、不浸润的液体在细管中下降的现象,所以C错;在液体和毛
24、细管材料一定的情况下,管越细毛细现象越明显,所以D对。3.关于液体的表面张力现象,下列说法正确的是()A.液体表面层的分子分布比内部密 B.液体有使其体积收缩到最小的趋势 C.液体表面层分子之间只有引力而无斥力 D.液体表面层的张力有使其表面积收缩到最小的趋势【解析】选D。液体表面层的分子分布比内部稀疏,分子间距离大于r0,分子间作用力引力大于斥力,表面张力使液体表面积收缩到最小,故D正确。【拓展例题】考查内容:利用表面张力解释生活现象【典例】水的密度比沙的密度小,为什么沙漠中的风能刮起大量沙子,而海洋上的风却只带有少量的水沫?【解析】由于海水水面有表面张力的作用,水珠之间相互吸引着,风很难把
25、水珠刮起,只能形成海浪,所以海洋上的风只带有少量水沫;而沙漠中的沙子却不一样,沙粒之间几乎没有作用力,所以风很容易刮起大量沙子。答案:见解析 课堂检测素养达标 1.(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.固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上有不同的光学性质 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,某些晶体可以转化为非晶体,某些非晶体也可以转化为晶体【解析】选B、C、D。晶体有固定的熔点,并不会因为颗粒的大小而改变,即使敲碎为小颗粒,仍旧是晶体,A错误;固体分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方
26、向上光学性质不同,表现出各向异性,B正确;同种元素构成的固体可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶体,如金刚石和石墨,C正确;晶体的分子排列结构如果遭到破坏就可能形成非晶体,反之亦然,D正确。故选B、C、D。2.下列关于液晶的说法中正确的是()A.液晶的分子排列与固态相同 B.液晶的分子排列与液态相同 C.液晶的物理性质在外界的影响下很容易发生改变 D.所有物质都具有液晶态【解析】选C。液晶是介于固态和液态之间的中间态,其分子排列介于二者之间,并且排列是不稳定的,容易在外界影响下发生改变,经研究发现不是所有物质都具有液晶态,故A、B、D错误,C正确。3.(多选)对下列几种固体物质的认识,正确
27、的有()A.食盐熔化过程中,温度保持不变,说明食盐是晶体 B.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明蜂蜡是晶体 C.天然石英表现为各向异性,是由于该物质的微粒在空间的排列不规则 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【解析】选A、D。若物体是晶体,则熔化过程中,温度保持不变,A正确;烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形是晶体各向异性的表现,说明云母片是晶体,B错误;天然石英表现为各向异性,是由于该物质的微粒在空间的排列规则,C错误;由于石墨和金刚石的物质微粒排列结构不同,导致了它们的物理性质不同,D正确。故选A、D。
28、4.(多选)下列现象中,由于液体的表面张力而引起的是()A.小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体的表面张力作用 B.小木块能够浮于水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果 C.缝衣针浮在水面上不下沉是重力和水的浮力平衡的结果 D.喷泉喷射到空中形成一个个球形的小水珠是表面张力作用的结果【解析】选A、D。仔细观察可以发现,小昆虫在水面上站定或行进过程中,其脚部位置比周围水面稍下陷,但仍在水面上而未陷入水中,就像踩在柔韧性非常好的膜上一样,因此,这是液体的表面张力在起作用,浮在水面上的缝衣针与小昆虫情况一样,A正确、C错误;小木块浮于水面上时,木块的下部实际上已经陷入水中(排开一部分水)受
29、到水的浮力作用,是浮力与重力平衡的结果,而非表面张力在起作用,B错误;喷泉喷到空中的水分散时,每一小部分的表面都有表面张力在起作用且水处于完全失重状态,因而形成球状水珠(体积一定情况下以球形表面积为最小,表面张力的作用使液体表面有收缩到最小面积的趋势),D正确。故选A、D。5.试解释下列现象:(1)手套被雨水浸湿后很难从手上脱下。(2)如果有两枚硬币漂浮于水面上,当两者间距约1 cm时,两硬币会急剧地相吸靠近,为什么?【解析】(1)因为湿手套的纤维间的空隙中有水,水跟空气接触的表面层具有收缩趋势,这种收缩趋势使手套纤维间距离缩小,于是手套的表面积减小,使手套紧箍在手上很难脱下。(2)当漂浮于水面的两枚硬币相距较近时,两硬币之间的水面呈凸曲面状,此时由于水的表面张力,使其表面收缩,表面张力的方向总是沿着液面的切线方向,使两枚硬币在水平方向上各自受力不平衡,左边硬币在水平方向上承受表面张力的合力指向右,而右边硬币受到的合力指向左,因而发生相互“吸引”的现象。答案:见解析