第一節(jié) 物質是由大量分子組成的

第一章

分子動理論第一節(jié)物質是由大量分子組成的核心素養(yǎng)導學物理觀念(1)知道物體是由大量分子組成的。(2)學會用油膜法估測油酸分子的大小。(3)知道阿伏伽德羅常量的意義和應用。科學思維應用阿伏伽德羅常量進行微觀量的估算?？茖W探究利用油膜法估測油酸分子的大小?？茖W態(tài)度與責任在原子—分子水平上認識物質的結構和性質，知道微觀領域的探索對自然科學發(fā)展的意義。一、分子的大小1．分子的大?。悍肿雍苄?，用肉眼無法直接看到，用高倍的光學顯微鏡也看不到，可以用能放大上億倍的掃描隧道顯微鏡觀察到。2．分子直徑的數(shù)量級通常是_________。10－10m2．實驗器材清水、_____、油酸、淺盤(邊長約為30～40cm)、滴管(或注射器)、燒杯、______________、彩筆、________、坐標紙、容量瓶(500mL)。酒精透明塑料蓋板痱子粉(3)向淺水盤中倒入清水，在水面上輕輕而均勻地撒一層_______，用滴管在其上滴一滴油酸酒精溶液。待油層不再擴散、形狀穩(wěn)定時，就近似形成了單分子油膜。(4)將透明塑料蓋板蓋在淺水盤上，用彩筆描繪出____________。(5)將描有油酸薄膜輪廓的塑料蓋板放在_______上，算出油酸薄膜的面積S(求面積時以坐標紙上邊長為1cm的正方形為單位，數(shù)出輪廓內正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個)。(6)根據(jù)油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V，根據(jù)純油酸的________和油膜的________算出油酸分子的直徑。痱子粉油膜的輪廓坐標紙體積V面積S三、阿伏伽德羅常量1．定義：1mol的任何物質所含的分子(或原子)數(shù)目都_____，這個數(shù)目稱為阿伏伽德羅常量。2．數(shù)值：NA＝__________

mol－1。3．意義：阿伏伽德羅常量是一個重要的常量，它是聯(lián)系____________、__________等宏觀物理量與分子質量、分子_____等微觀物理量的橋梁，在定量研究熱現(xiàn)象時常會用到它。相同6.02×1023摩爾質量摩爾體積大小1.如圖所示，是一片葉子在放大不同倍數(shù)的照片。(1)放大700倍看到的是葉片分子嗎？(2)放大50000000倍看到的是葉片分子嗎？提示：(1)不是。(2)不是。2．如圖是“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗裝置，判斷以下說法的正誤：(1)用油膜法可以精確測量油酸分子的大小。

()(2)油酸分子直徑等于純油酸體積除以相應油酸膜面積。

()(3)計算油酸膜面積時，應舍去所有不足一格的方格。

(

)×√×3．摩爾是物質的量的單位，每摩爾含有阿伏伽德羅常量個微粒。摩爾在古希臘叫作“堆量”，摩爾就是“一堆”的意思。不過1摩爾比一堆土豆、一堆石塊的數(shù)量大得多。(1)阿伏伽德羅常量是一個很大的數(shù)值，它究竟有多大呢？提示：6.02×1023mol－1。(2)阿伏伽德羅常量有什么重要作用？提示：它把物體的質量、體積這些宏觀量與分子質量、分子大小這些微觀量聯(lián)系起來了。(3)為什么用這么大的數(shù)值來聯(lián)系宏觀量和微觀量呢？提示：因為單個分子的質量和體積太小了。新知學習(一)|分子的大小及估算方法[任務驅動](1)為什么說阿伏伽德羅常量是聯(lián)系宏觀量與微觀量的橋梁？提示：阿伏伽德羅常量把摩爾質量、摩爾體積這些宏觀量與分子質量、分子體積這些微觀量聯(lián)系起來了，所以說阿伏伽德羅常量是聯(lián)系宏觀量和微觀量的橋梁。(2)摩爾體積等于阿伏伽德羅常量乘以分子體積，對于任何物質都成立嗎？為什么？提示：不一定都成立。固體和液體可忽略分子間隙，故摩爾體積等于阿伏伽德羅常量乘以分子體積只對固體和液體成立，對氣體不成立。

[重點釋解]1．分子的大小(1)分子直徑的數(shù)量級一般為10－10m。(2)分子體積的數(shù)量級一般為10－29m3。(3)分子質量的數(shù)量級一般為10－26kg。(4)分子如此微小，用高倍光學顯微鏡也看不到，直到1982年人們研制了能放大幾億倍的掃描隧道顯微鏡，才觀察到物質表面原子的排列。[典例體驗][典例]很多轎車中設有安全氣囊以保障駕乘人員的安全，轎車在發(fā)生一定強度的碰撞時，利用三氮化鈉(NaN3)爆炸產生氣體(假設都是N2)充入氣囊。若氮氣充入后安全氣囊的容積V＝56L，囊中氮氣密度ρ＝2.5kg/m3，已知氮氣摩爾質量M＝0.028kg/mol，阿伏伽德羅常量NA＝6×1023mol－1，試估算：(1)囊中氮氣分子的總個數(shù)N；(2)囊中氮氣分子間的平均距離。(結果保留一位有效數(shù)字)/方法技巧/微觀量的求解方法(1)阿伏伽德羅常量是聯(lián)系宏觀量和微觀量的橋梁和紐帶。(2)建立合適的物理模型，通常把固體、液體分子模擬為球體或小立方體，氣體分子所占據(jù)的空間則建立立方體模型。[針對訓練]1．由下列物理量可以算出氧氣的摩爾質量的是

(

)A．氧氣分子的質量和阿伏伽德羅常量B．氧氣分子的體積和氧氣分子的質量C．氧氣的密度和阿伏伽德羅常量D．氧氣分子的體積和氧氣的密度解析：1mol氧氣分子的質量是摩爾質量，1mol氧氣含有6.02×1023(阿伏伽德羅常量)個分子，已知氧氣分子的質量和阿伏伽德羅常量，可以求出氧氣的摩爾質量，故A正確；其余三項所給物理量均不能求出氧氣的摩爾質量，故B、C、D錯誤。答案：A

2．誤差分析

產生原因減小方法偶然誤差測量油膜面積不準確使用的坐標紙的方格要小一些，待液面穩(wěn)定后再測量面積系統(tǒng)誤差油膜的厚度不是單分子排列使油酸酒精溶液的濃度小一些(4)當重做實驗時，水從盤的一側邊緣倒出，在這側邊緣會殘留油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦拭，再用清水沖洗，這樣做可保持盤的清潔。(5)從盤的中央加痱子粉，粉自動擴散至均勻，這主要是由于加粉后水的表面張力系數(shù)變小，水將粉粒拉開。這樣做比將粉直接撒在水面上的效果好。(6)本實驗只要求估算分子的大小，實驗結果的數(shù)量級符合要求即可。[典例體驗][典例]某小組同學在實驗室做“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗時，實驗的方法及步驟如下：①向體積V油＝1mL的油酸中加酒精，直至總量達到V總＝500mL；②用注射器吸取一段①中配制好的油酸酒精溶液，由注射器上的刻度讀取該段溶液的總體積為V0＝1mL，把它一滴一滴地滴入燒杯中，記下液滴的總滴數(shù)n＝100滴；③往邊長為30～40cm的淺盤里倒入2cm深的水，將爽身粉均勻地撒在水面上；④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，將事先準備好的玻璃板放在淺盤上，并在玻璃板上描下油酸膜的形狀；⑤將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，如圖所示，數(shù)出輪廓范圍內的小方格的個數(shù)，小方格的邊長l＝20mm。根據(jù)以上信息，回答下列問題：(1)該同學有遺漏的實驗步驟是________，其正確做法是____________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V′是______________mL。(3)油酸分子的直徑d＝______m(保留一位有效數(shù)字)。(4)若爽身粉撒得過厚，則會使分子直徑的測量結果偏______(填“大”或“小”)。[答案]

(1)④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸膜形狀穩(wěn)定后，再將事先準備好的玻璃板放在淺盤上，并在玻璃板上描下油酸膜的形狀(2)2×10－5

(3)5×10－10

(4)大

[針對訓練]1．在“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中，以下給出的是可能的操作步驟，把你認為正確的步驟前的字母按合理的順序填寫在橫線上________，并請補充實驗步驟D中的計算式。A．將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，以坐標紙上邊長1cm的正方形為單位，計算出輪廓內正方形的個數(shù)n。B．將一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定。C．用淺盤裝入約2cm深的水，然后將爽身粉均勻地撒在水面上。D．用測量的物理量估算出油酸分子的直徑d＝______。E．用注射器將事先配好的體積濃度為0.05%的油酸酒精溶液逐滴滴入燒杯，記下滴入的溶液體積V0與滴數(shù)N。F．將玻璃板放在淺盤上，用筆將薄膜的外圍形狀描畫在玻璃板上。2．某同學做“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗，實驗中所用油酸酒精溶液的濃度為每1000mL油酸酒精溶液中有純油酸0.6mL，用注射器向燒杯內滴50滴上述溶液，注射器中的溶液體積減少1mL，若把一滴這樣的溶液滴入盛水的淺盤中，由于酒精溶于水，油酸在水面展開，穩(wěn)定后形成單分子油膜的形狀如圖所示。(1)若每一小方格的邊長為20mm，則油酸薄膜的面積約為________m2；(2)一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為______________m3；(3)由以上數(shù)據(jù)，估算出油酸分子的直徑d＝________m(保留一位有效數(shù)字)。一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

科學思維——分子質量和直徑的估算1．(選自魯科版教材“物理聊吧”)根據(jù)水分子的分子量、阿伏伽德羅常量和水的密度，可估算水分子的質量和直徑。用這種方法能否估算氫氣中氫分子的質量和直徑？

科學探究——薄膜厚度的測量2．(選自人教版教材課后練習)把一片很薄的均勻塑料薄膜放在鹽水中，調節(jié)鹽水的密度，使薄膜能在鹽水中懸浮，此時鹽水的密度為1.2×103kg/m3。用天平測出尺寸為10cm×20cm的這種塑料薄膜的質量是36g，請計算薄膜的厚度。二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1．如圖所示，科學家在銅表面將48個鐵原子排成圓圈，形成半徑為7.13nm的“原子圍欄”，相鄰鐵原子間有間隙。估算鐵原子平均間隙的大小，結果保留一位有效數(shù)字。(已知鐵的密度是7.8×103kg/m3，摩爾質量是5.6×10－2kg/mol，阿伏伽德羅常量NA＝6.02×1023mol－1)2．某同學在實驗室做“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中，已知每1×104mL油酸酒精溶液中有純油酸6mL，用注射器抽得上述溶液2mL，現(xiàn)緩慢地滴出1mL溶液，共有液滴數(shù)為50滴。把1滴該溶液滴入盛水的淺盤中，在刻有小正方形方格的玻璃板上描出油膜的輪廓如圖所示，小正方形方格的邊長為