2019-2020學(xué)年高中物理 第七章 分子動(dòng)理論 第1節(jié) 物體是由大量分子組成的學(xué)案 新人教版選修3-3

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1、第1節(jié)　物體是由大量分子組成的 　1.知道物體是由大量分子組成的．　2.理解油膜法測(cè)分子直徑的原理，并能進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算．　3．知道分子球形模型和分子直徑的數(shù)量級(jí)．　4.知道阿伏加德羅常數(shù)及其意義． 一、分子的大小 1．物體是由大量分子組成的，在熱學(xué)中，組成物質(zhì)的微粒(如分子、原子或者離子)統(tǒng)稱為分子． 2．用油膜法估測(cè)分子的大小 (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． (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＝． 3．分子大?。撼艘恍┯袡C(jī)物

2、質(zhì)的大分子外，多數(shù)分子大小的數(shù)量級(jí)為10－10 m. 1．(1)油酸分子的形狀是球形的．(　　) (2)原子或離子不是分子．(　　) (3)所有分子直徑的數(shù)量級(jí)都是10－10m.(　　) (4)測(cè)定分子大小的方法有多種，油膜法只是其中的一種方法．(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√ 二、阿伏加德羅常數(shù) 1．定義：1 mol的任何物質(zhì)都含有相同的粒子數(shù)，這個(gè)數(shù)量用阿伏加德羅常數(shù)表示． 2．?dāng)?shù)值：阿伏加德羅常數(shù)通常用符號(hào)NA表示，其值通?？扇A＝6.02×1023mol－1，在粗略計(jì)算中可取NA＝6.0×1023mol－1. 3．意義：阿伏加德羅常數(shù)是一個(gè)

3、重要的常數(shù)，它把摩爾質(zhì)量、摩爾體積這些宏觀量與分子質(zhì)量、分子大小等微觀量聯(lián)系起來(lái)了，即阿伏加德羅常數(shù)NA是聯(lián)系宏觀量與微觀量的橋梁． 2．(1)阿伏加德羅常數(shù)與物質(zhì)的種類、物質(zhì)的狀態(tài)無(wú)關(guān)．(　　) (2)一個(gè)分子的質(zhì)量等于摩爾質(zhì)量除以阿伏加德羅常數(shù)．(　　) (3)一個(gè)分子的體積等于摩爾體積除以阿伏加德羅常數(shù)．(　　) 提示：(1)√　(2)√　(3)× 　油膜法測(cè)分子的大小 1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河糜湍しü罍y(cè)分子的大小． 2．實(shí)驗(yàn)原理：把一定體積的油酸酒精溶液滴在水面上使其形成單分子油膜，如圖所示．不考慮分子間的間隙，把油酸分子看成球形模型，計(jì)算出1滴油酸酒精溶液中含有純油酸

4、的體積V并測(cè)出油膜面積S，求出油膜的厚度d，即d＝就是油酸分子的直徑． 3．實(shí)驗(yàn)器材：油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、淺盤、玻璃板、坐標(biāo)紙、彩筆、痱子粉或細(xì)石膏粉． 4．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)在淺盤中倒入約2 cm深的水，將痱子粉或細(xì)石膏粉均勻撒在水面上． (2)取1 mL(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成200 mL的油酸酒精溶液． (3)用注射器往量筒中滴入1 mL配制好的油酸酒精溶液(濃度已知)，記下滴入的滴數(shù)N，算出一滴油酸酒精溶液的體積V′. (4)將一滴油酸酒精溶液滴在淺盤的液面上． (5)待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆畫出油酸薄膜的形狀． (6)

5、將玻璃板放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S或者玻璃板上有邊長(zhǎng)為1 cm的方格的個(gè)數(shù)，通過(guò)數(shù)方格個(gè)數(shù)，算出油酸薄膜的面積S.計(jì)算方格數(shù)時(shí)，不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè)． 5．?dāng)?shù)據(jù)處理：根據(jù)油酸酒精溶液的濃度，算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V，并代入公式d＝算出油酸薄膜的厚度d，即為油酸分子直徑的大?。? 6．注意事項(xiàng) (1)油酸酒精溶液配制好后不要長(zhǎng)時(shí)間放置，以免改變濃度，造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差． (2)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)注意，淺盤是否干凈，否則難以形成油膜． (3)淺盤中的水應(yīng)保持平衡，痱子粉應(yīng)均勻撒在水面上． (4)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．

6、 (5)待測(cè)油酸液面擴(kuò)散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓． 7．誤差分析：本實(shí)驗(yàn)誤差通常來(lái)自三個(gè)方面： (1)不能形成單分子油膜； (2)油滴的體積的測(cè)量產(chǎn)生誤差； (3)計(jì)算油膜的面積有誤差(每個(gè)方格面積越小，誤差越小). 　油酸酒精溶液的濃度為每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL，用滴管向量筒內(nèi)滴50滴上述溶液，量筒中的溶液體積增加1 mL，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(zhǎng)為20 mm，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

7、的體積為______ m3； (3)由以上數(shù)據(jù)，估算出油酸分子的直徑________ m. [解析]　估測(cè)方法是將每個(gè)油酸分子視為球形模型；在水面上形成單分子油膜；油膜的厚度可視為油酸分子的直徑． (1)由題圖可知油膜大約占56個(gè)方格，所以油膜面積約為S＝56×20×20 mm2＝22 400 mm2＝2.24×10－2 m2； (2)一滴油酸酒精溶液中含有的純油酸體積V＝× mL＝1.2×10－5 mL＝1.2×10－11 m3； (3)油酸分子的直徑d＝＝ m≈5×10－10 m. [答案]　(1)2.24×10－2　(2)1.2×10－11　(3)5×10－10 油膜法

8、估測(cè)分子直徑問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn) (1)獲得一滴油酸酒精溶液，并由配制濃度求出其中所含純油酸的體積V. (2)用數(shù)格子法(不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè)，即“四舍五入”法)求出油膜面積S. (3)由公式d＝計(jì)算結(jié)果．其中V和S的單位均采用國(guó)際單位制中的單位，即體積V的單位是m3，面積S的單位是m2.　 　(2019·高考全國(guó)卷Ⅲ)用油膜法估算分子大小的實(shí)驗(yàn)中，首先需將純油酸稀釋成一定濃度的油酸酒精溶液，稀釋的目的是__________________________________．實(shí)驗(yàn)中為了測(cè)量出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積，可以_______________________

9、___________________．為得到油酸分子的直徑，還需測(cè)量的物理量是________________． 解析：由于分子直徑非常小，極少量油酸所形成的單分子層油膜面積也會(huì)很大，因此實(shí)驗(yàn)前需要將油酸稀釋，使油酸在淺盤的水面上容易形成一塊單分子層油膜．可以用累積法測(cè)量多滴溶液的體積后計(jì)算得到一滴溶液的體積．油酸分子直徑等于油酸的體積與單分子層油膜的面積之比，即d＝，故除測(cè)得油酸酒精溶液中所含純油酸的體積外，還需要測(cè)量單分子層油膜的面積． 答案：使油酸在淺盤的水面上容易形成一塊單分子層油膜　把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，測(cè)出1 mL油酸酒精溶液的滴數(shù)，得到一滴溶液中純油酸的體積

10、　單分子層油膜的面積 　阿伏加德羅常數(shù)的應(yīng)用 1．兩種分子模型 固體、液體分子間緊密排列可忽略間隙．可以近似認(rèn)為氣體分子是均勻分布的，每個(gè)氣體分子占據(jù)一個(gè)正方體，其邊長(zhǎng)即為氣體分子間的距離．如表所示． 分子模型 意義 分子大小或分子間 的平均距離 圖例 球形模型 固體和液體可看成是一個(gè)個(gè)緊挨著的球形分子排列而成的，忽略分子間的空隙 d＝ 立方體模型 把氣體分成若干個(gè)小立方體，氣體分子位于每個(gè)小立方體的中心，每個(gè)小立方體是每個(gè)分子占有的活動(dòng)空間，這時(shí)忽略氣體分子的大小 d＝ 2.微觀量與宏觀量的關(guān)系 (1)微觀量：分子質(zhì)量m0，分子體積V0，分子直徑d.

11、 (2)宏觀量：物質(zhì)的質(zhì)量M、體積V、密度ρ、摩爾質(zhì)量MA、摩爾體積VA． (3)微觀量與宏觀量的關(guān)系 ①分子質(zhì)量：m0＝＝. ②分子體積：V0＝＝(適用于固體和液體)． ③物質(zhì)所含的分子數(shù)：N＝nNA＝NA＝NA． ④氣體分子間的平均距離：d＝＝(V0為氣體分子所占據(jù)空間的體積)． ⑤固體、液體分子直徑：d＝＝(V0為分子體積)． 命題視角1　微觀量與宏觀量關(guān)系的判斷 　已知阿伏加德羅常數(shù)為NA(mol－1)，某物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M(kg/mol)，該物質(zhì)的密度為ρ(kg/m3)，則下列敘述中正確的是(　　) A．1 kg該物質(zhì)所含的分子個(gè)數(shù)是ρNA B．1 kg該物質(zhì)

12、所含的分子個(gè)數(shù)是 C．該物質(zhì)1個(gè)分子的質(zhì)量是(kg) D．該物質(zhì)1個(gè)分子占有的空間是(m3) [解析]　1 kg該物質(zhì)的物質(zhì)的量為；所含分子數(shù)目為NA×＝，故A、B錯(cuò)誤；每個(gè)分子的質(zhì)量為m0＝ kg，故C錯(cuò)誤；每個(gè)分子所占體積為V0＝＝ m3，故D正確． [答案]　D 命題視角2　微觀量的估算 　已知銅的摩爾質(zhì)量M＝6.4×10－2kg/mol，銅的密度ρ＝8.9×103 kg/m3，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.0×1023mol－1.試估算：(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (1)一個(gè)銅原子的質(zhì)量； (2)若每個(gè)銅原子可提供兩個(gè)自由電子，則3.0×10－5m3的銅導(dǎo)體中有多少個(gè)自由

13、電子？ [解題探究]　(1)銅原子的質(zhì)量太小，怎樣用宏觀量M和NA去求解這個(gè)微觀量？ (2)怎樣求解3×10－5m3的銅導(dǎo)體中銅原子的個(gè)數(shù)？ [解析]　(1)一個(gè)銅原子的質(zhì)量 m＝＝ kg≈1.1×10－25 kg. (2)銅導(dǎo)體的物質(zhì)的量 n＝＝ mol≈4.2 mol 銅導(dǎo)體中含有的自由電子數(shù) N＝2nNA≈5.0×1024(個(gè))． [答案]　(1)1.1×10－25 kg　(2)5.0×1024個(gè) (1)分子體積V0的意義：V0＝，對(duì)于固體和液體指分子的體積，對(duì)于氣體則指每個(gè)分子所占據(jù)空間的體積． (2)物體的密度ρ的計(jì)算：ρ＝＝，但要切記ρ＝是沒(méi)有物理意義的．

14、　 【通關(guān)練習(xí)】 1．僅利用下列某一組數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出阿伏加德羅常數(shù)的是(　　) A．水的密度和水的摩爾質(zhì)量 B．水分子的體積和水分子的質(zhì)量 C．水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積 D．水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量 解析：選D.知道水的密度和水的摩爾質(zhì)量可以求出其摩爾體積，不能計(jì)算出阿伏加德羅常數(shù)，故A錯(cuò)誤；知道水分子的體積和水分子的質(zhì)量可求水的密度，不能求出阿伏加德羅常數(shù)，故B錯(cuò)誤；若知道水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積，不知道密度，故不能求出阿伏加德羅常數(shù)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；用水的摩爾質(zhì)量除以水分子的質(zhì)量可以求解阿伏加德羅常數(shù)，故D正確． 2．據(jù)統(tǒng)計(jì)“酒駕”是造成交通事故的主要原因之一，交警可

15、以通過(guò)手持式酒精測(cè)試儀很方便地檢測(cè)出駕駛員呼出的氣體中的酒精含量，以此判斷司機(jī)是否飲用了含酒精的飲料．當(dāng)司機(jī)呼出的氣體中酒精含量達(dá)2.4×10－4 g/L時(shí)，酒精測(cè)試儀開始報(bào)警．假設(shè)某司機(jī)呼出的氣體剛好使酒精測(cè)試儀報(bào)警，并假設(shè)成人一次呼出的氣體體積約為300 mL，試求該司機(jī)一次呼出的氣體中含有酒精分子的個(gè)數(shù)(已知酒精分子的摩爾質(zhì)量為46 g·mol－1，NA＝6.02×1023mol－1)． 解析：該司機(jī)一次呼出氣體中酒精的質(zhì)量為 m＝2.4×10－4×300×10－3 g＝7.2×10－5 g 一次呼出酒精分子的個(gè)數(shù)為 N＝·NA＝×6.02×1023個(gè)≈9.42×1017個(gè)． 答案：9.42×1017個(gè) - 6 -