高中物理人教版3第七章分子動(dòng)理論1物體是由大量分子組成的 第7章

1物體是由大量分子組成的學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道物體是由大量分子組成的．2．理解分子的模型，知道分子直徑的數(shù)量級(jí)．(重點(diǎn))3．學(xué)會(huì)用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)．(重點(diǎn)、難點(diǎn))4．掌握阿伏加德羅常數(shù)，并會(huì)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算、估算．(難點(diǎn))分子的大小eq\a\vs4\al([先填空])1．物體是由大量分子組成的，在熱學(xué)中，組成物質(zhì)的微觀粒子統(tǒng)稱為分子．2．用油膜法估測(cè)分子的大?。?1)原理：把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，使油酸在水面上形成單分子油膜，如把油酸分子簡(jiǎn)化成球形，則油膜的厚度即為油酸分子的直徑，如圖7-1-1所示．圖7-1-1(2)計(jì)算：如果測(cè)出油酸的體積為V，單分子油膜的面積為S，則油酸分子的直徑d＝eq\f(V,S).3．分子大?。撼艘恍┯袡C(jī)物質(zhì)的大分子外，多數(shù)分子大小的數(shù)量級(jí)為10－10m.eq\a\vs4\al([再判斷])1．單分子油膜的厚度可認(rèn)為與油酸分子的直徑大小相等．(√)2．為了便于研究，我們通常把固體和液體分子看作球形．(√)3．在做用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)時(shí)，直接用純油酸溶液更精確些．(×)eq\a\vs4\al([后思考])1．對(duì)固體、液體、氣體的分子大小估算時(shí)，其模型有何不同？【提示】估算分子大小時(shí)，既可以把分子占據(jù)的空間看做立方體，也可以看做球體．對(duì)于固體、液體分子，一般視為球體，分子直徑的數(shù)量級(jí)為10－10m.而對(duì)于氣體只能看成立方體，計(jì)算其占有體積的大?。?．油酸分子的形狀真的是球形嗎？排列時(shí)會(huì)一個(gè)緊挨一個(gè)嗎？【提示】實(shí)際分子的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，分子間有間隙，認(rèn)為分子是球形且一個(gè)緊挨一個(gè)排列，是一種理想模型，是對(duì)問(wèn)題的簡(jiǎn)化處理．簡(jiǎn)化處理在物理學(xué)的研究和學(xué)習(xí)方面是很有用的．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．分子模型(1)固體和液體，可以認(rèn)為分子是一個(gè)挨一個(gè)的小球．(2)氣體分子間距較大，通常把其所在空間當(dāng)作一小立方體，研究其所占體積．2．油膜法測(cè)分子直徑(1)實(shí)驗(yàn)步驟①在淺盤中倒入約2cm深的水，將痱子粉均勻撒在水面上．②用注射器往小量筒中滴入1mL油酸酒精溶液，記下滴入的滴數(shù)n，算出一滴油酸酒精溶液的體積V0.③將一滴油酸溶液滴在淺盤的液面上．④待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將玻璃放在淺盤上，用水彩筆(或鋼筆)畫出油酸薄膜的形狀．⑤將玻璃放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S；或者玻璃板上有直徑為1cm的方格，則也可通過(guò)數(shù)方格數(shù)，算出油酸薄膜的面積S.⑥根據(jù)已配好的油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V.⑦計(jì)算油酸薄膜的厚度d＝eq\f(V,S)，即為油酸分子直徑的大小．(2)注意事項(xiàng)①實(shí)驗(yàn)前，必須把所有的實(shí)驗(yàn)用具擦洗干凈，實(shí)驗(yàn)時(shí)吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分別專用，不能混用，否則會(huì)增大誤差，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果．②待測(cè)油酸面擴(kuò)散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓，擴(kuò)散后又收縮有兩個(gè)原因：一是水面受油酸液滴的沖擊凹陷后又恢復(fù)；二是酒精揮發(fā)后液面收縮．③本實(shí)驗(yàn)只要求估算分子大小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)量級(jí)符合要求即可．④痱子粉不宜撒得過(guò)厚，油酸酒精溶液的濃度以小于eq\f(1,1000)為宜．⑤向水面滴油酸酒精溶液時(shí)，應(yīng)靠近水面，不能離水面太高，否則油膜難以形成．3．?dāng)?shù)據(jù)處理計(jì)算方法：(1)一滴油酸溶液的平均體積eq\x\to(V)＝eq\f(N滴油酸溶液的體積,N).(2)一滴油酸溶液中含純油酸的體積V＝eq\x\to(V)×油酸溶液的體積比．(體積比＝eq\f(純油酸體積,溶液的體積))(3)油膜的面積S＝n×1cm2.(n為有效格數(shù)，小方格的邊長(zhǎng)為1cm)(4)分子直徑d＝eq\f(V,S).(代入數(shù)據(jù)時(shí)注意單位的統(tǒng)一)1．為了減小“油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)誤差，下列方法可行的是()A．用注射器向量筒中滴入(100滴)油酸酒精溶液，并讀出量筒里這些溶液的體積恰為整數(shù)V1，則每滴溶液的體積為V2＝eq\f(V1,100)B．把淺盤水平放置，在淺盤里倒入一些水，使水面離盤口距離小些C．先在淺盤內(nèi)的水中撒入一些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液滴1滴在水面上D．用牙簽把水面上的油膜盡量撥弄成規(guī)則形狀E．計(jì)算油膜面積時(shí)舍去所有不足一個(gè)的方格【解析】測(cè)量多滴溶液的體積和溶液的滴數(shù)，以減小讀數(shù)誤差，A正確；水面離盤口距離小些，可減小畫油膜輪廓時(shí)的誤差，B正確；滴入1滴液滴形成單分子油膜，C正確；用牙簽撥弄油膜，會(huì)使油膜間有空隙，還會(huì)帶走一部分油酸，D錯(cuò)誤；舍去所有不足一個(gè)的方格，結(jié)果偏大，E錯(cuò)誤．【答案】ABC2．在“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，按照油酸與酒精的體積比為m∶n配制油酸酒精溶液，用注射器滴取該溶液，測(cè)得k滴溶液的總體積為V，將一滴溶液滴入淺盤，穩(wěn)定后將油酸膜輪廓描繪在坐標(biāo)紙上，如圖7-1-2所示．已知坐標(biāo)紙上每個(gè)小正方形的邊長(zhǎng)為a.圖7-1-2(1)求油膜面積；(2)估算油酸分子的直徑．【解析】(1)估算油膜面積時(shí)以超過(guò)半格以一格計(jì)算，小于半格就舍去的原則，估算出31格，則油酸薄膜面積為S＝31a2.(2)根據(jù)公式V油酸＝dS可得d＝eq\f(V油酸,S)＝eq\f(mV,31a2km＋n)【答案】(1)31a2(2)eq\f(mV,31a2km＋n)1．誤差分析(1)油酸酒精溶液的實(shí)際濃度和理論值間存在偏差；(2)一滴油酸酒精溶液的實(shí)際體積和理論值間存在偏差；(3)油酸在水面上的實(shí)際分布情況和理想中的“均勻”“單分子純油酸層”間存在偏差；(4)采用“互補(bǔ)法(即不足半個(gè)舍去，大于半個(gè)的算一個(gè))”計(jì)算獲得的油膜面積與實(shí)際的油膜面積間存在偏差．2．分子的兩種模型對(duì)于固體和液體，分子間距離比較小，可以認(rèn)為分子是一個(gè)個(gè)緊挨著的，設(shè)分子體積為V0，則分子直徑d＝eq\r(3,\f(6V0,π))(球模型)．對(duì)于氣體，設(shè)每個(gè)氣體分子所占空間體積為V0，分子間距離比較大，處理方法是建立立方體模型，從而可計(jì)算出兩氣體分子之間的平均距離d＝eq\r(3,V0).阿伏加德羅常數(shù)eq\a\vs4\al([先填空])1．定義：1mol的任何物質(zhì)都含有相同的粒子數(shù)，用NA表示．2．?dāng)?shù)值：通常取NA＝×1023mol－1，在粗略計(jì)算中可取NA＝×1023mol－1.3．意義：阿伏加德羅常數(shù)是一個(gè)重要的常數(shù)．它把摩爾質(zhì)量、摩爾體積這些宏觀物理量與分子質(zhì)量、分子大小等微觀物理量聯(lián)系起來(lái)．eq\a\vs4\al([再判斷])1．1mol任何物質(zhì)都含有NA的粒子．(√)2．阿伏加德羅常數(shù)可以把微觀量與宏觀量聯(lián)系在一起．(√)3．知道氧氣的摩爾質(zhì)量、氧氣的密度及氧氣分子的直徑可以算出阿伏加德羅常數(shù)．(×)eq\a\vs4\al([后思考])1．Vmol＝NA×分子體積，對(duì)任何物質(zhì)都成立嗎？【提示】不都成立．固體和液體分子排列比較緊密，分子間距可以忽略，但氣體分子間距較大，分子間距不能忽略，故公式只對(duì)固體和液體近似成立，對(duì)氣體不成立．對(duì)氣體而言應(yīng)為摩爾體積＝NA×分子占據(jù)的體積．2．為什么說(shuō)阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀和微觀的橋梁？【提示】阿伏加德羅常數(shù)把摩爾質(zhì)量、摩爾體積這些宏觀量與分子質(zhì)量、分子體積這些微觀量聯(lián)系起來(lái)了，所以說(shuō)阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀和微觀的橋梁．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．阿伏加德羅常數(shù)的應(yīng)用(1)相關(guān)物理量：摩爾質(zhì)量Mmol、摩爾體積Vmol、物質(zhì)的質(zhì)量m、物質(zhì)的體積V、物質(zhì)的密度ρ等宏觀量，跟單個(gè)分子的質(zhì)量m0、單個(gè)分子的體積V0等微觀量都通過(guò)阿伏加德羅常數(shù)這個(gè)橋梁聯(lián)系起來(lái)．(2)橋梁作用：其中密度ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(Mmol,Vmol)，但要切記ρ＝eq\f(m0,V0)是沒有物理意義的．2．微觀量與宏觀量的關(guān)系(1)分子質(zhì)量：m0＝eq\f(Mmol,NA)＝eq\f(ρVmol,NA).(2)分子體積：V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(Mmol,ρNA)(適用于固體和液體)．(3)物質(zhì)所含的分子數(shù)：N＝nNA＝eq\f(m,Mmol)NA＝eq\f(V,Vmol)NA.(4)阿伏加德羅常數(shù)：NA＝eq\f(Vmolρ,m0)；NA＝eq\f(Mmol,ρV0)(只適用于固體、液體)．(5)氣體分子間的平均距離：d＝eq\r(3,V0)＝eq\r(3,\f(Vmol,NA))(V0為氣體分子所占據(jù)空間的體積)．(6)固體、液體分子直徑：d＝eq\r(3,\f(6V0,π))＝eq\r(3,\f(6Vmol,πNA))(V0為分子體積)．3．知道下列哪一組物理量，不能估算出氣體分子間的平均距離()A．阿伏加德羅常數(shù)、氣體的摩爾質(zhì)量B．阿伏加德羅常數(shù)、氣體的摩爾質(zhì)量和密度C．氣體的密度、體積和摩爾質(zhì)量D．氣體的質(zhì)量和體積E．阿伏加德羅常數(shù)、氣體的摩爾體積【解析】A項(xiàng)知道阿伏加德羅常數(shù)和氣體的摩爾質(zhì)量，只能求出分子的質(zhì)量．B項(xiàng)已知?dú)怏w的密度，可以求出單位體積氣體的質(zhì)量，知道氣體摩爾質(zhì)量可以求出單位體積氣體物質(zhì)的量，知道阿伏加德羅常數(shù)可以求出單位體積分子個(gè)數(shù)，可以求出分子平均占據(jù)的體積，可以進(jìn)一步求出分子間的平均距離，故B正確；C項(xiàng)知道該氣體的密度、體積和摩爾質(zhì)量，可以求出該體積氣體物質(zhì)的量，求不出氣體分子體積，求不出分子間的平均距離，故C錯(cuò)誤；D項(xiàng)知道氣體的質(zhì)量和體積，只能求解氣體的密度，故D錯(cuò)誤；E項(xiàng)中可以求出一個(gè)氣體分子占據(jù)的體積．【答案】ACD4．已知地球到月球的平均距離為384400km，金原子的直徑為×10－9m，金的摩爾質(zhì)量為197g/mol.若將金原子一個(gè)接一個(gè)地緊挨排列起來(lái)，筑成從地球通往月球的“分子大道”，試問(wèn)：(1)該“分子大道”需要多少個(gè)原子？(2)這些原子的總質(zhì)量為多少？【解析】(1)N＝eq\f(384400000m,×10－9m)＝×1017(2)總質(zhì)量為M＝eq\f(N,NA)n＝×10－8kg【答案】(1)×1017(2)×10－8kg關(guān)于分子兩種模型理解的四個(gè)誤區(qū)誤區(qū)1：誤認(rèn)為固體、液體分子一定是球狀的產(chǎn)生誤區(qū)的原因是認(rèn)為分子、原子就像宏觀中的小球一樣，都是球形的．實(shí)際上分子是有結(jié)構(gòu)的，并且不同物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)是不同的，為研究問(wèn)題方便，通常把分子看作球體．誤區(qū)2：誤認(rèn)為物質(zhì)處于不同物態(tài)時(shí)均可用分子的球狀模型產(chǎn)生誤區(qū)的原因是對(duì)物質(zhì)處于不同物態(tài)時(shí)分子間的距離變化不了解．通常情況下認(rèn)為固態(tài)和液態(tài)時(shí)分子是緊密排列的，此時(shí)可應(yīng)用分子的球狀模型進(jìn)行分析．但處于氣態(tài)時(shí)分子間的距離已經(jīng)很大了，此時(shí)就不能用分子的球