2019-2020學(xué)年高中物理 第七章 分子動理論 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.理解油膜法測分子直徑的原理，并能進(jìn)行測量和計(jì)算．　3．知道分子球形模型和分子直徑的數(shù)量級．　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)量級都是10－10m.(　　) (4)測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NA表示，其值通常可取NA＝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)× 　油膜法測分子的大小 1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河糜湍しü罍y分子的大?。? 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為1 cm的方格的個(gè)數(shù)，通過數(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小． 6．注意事項(xiàng) (1)油酸酒精溶液配制好后不要長時(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)誤差通常來自三個(gè)方面： (1)不能形成單分子油膜； (2)油滴的體積的測量產(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、估測分子直徑問題的關(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＝，故除測得油酸酒精溶液中所含純油酸的體積外，還需要測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＝，對于固體和液體指分子的體積，對于氣體則指每個(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、以通過手持式酒精測試儀很方便地檢測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 -