2018版高中物理 第一章 分子运动论 第一节 物体是由大量分子组成的学案 粤教版选修3-3

第一节物体是由大量分子组成的目标定位 1.知道物体是由大量分子组成的.2.知道分子的球体模形和立方体模型，知道分子直径的数量级.3.知道阿伏加德罗常数，会用它进行相关的计算和估算一、分子的大小导学探究(1)我们知道组成物体的分子是很小的成年人做一次深呼吸，大约能吸入1.21022个分子那么分子到底有多小？(2)组成物体的分子真的是球形吗？答案(1)多数分子大小的数量级为1010 m.(2)不是分子实际的结构很复杂，不同物体的分子形状各异知识梳理1热学中的分子与化学上讲的不同，它是构成物质的分子、原子、离子等微粒的统称，因为这些微粒在热运动时遵从相同的规律2一般分子直径的数量级是1010 m.3分子的两种模型(1)球体模型：固体、液体中分子间距较小，可认为分子是一个挨着一个紧密排列的球体，分子体积V0和直径d的关系为V0d3.(2)立方体模型：气体中分子间距很大，一般建立立方体模型如图1所示，将每个气体分子看成一个质点，气体分子位于立方体中心，每个分子占据的空间V0和分子间距d的关系为V0d3.图1二、阿伏加德罗常数及微观量的估算导学探究1毫升水的质量是1 g，大约有24滴，请结合化学知识估算：(1)每滴水中含有多少个水分子？(2)每个水分子质量为多少？(3)每个水分子体积为多少？每个水分子的直径为多少？答案(1)每滴水的质量为m g，水的摩尔质量M18 gmol1，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1.则每滴水中水分子个数NNA1.41021个(2)每个水分子的质量m03.01026 kg.(3)水的摩尔体积Vm，则每个水分子的体积V03.01029 m3.代入球的体积公式V0d3可解得：d3.91010 m.知识梳理阿伏加德罗常数：NA6.021023 mol1它是联系宏观世界和微观世界的桥梁它把摩尔质量M、摩尔体积Vm、物质的质量m、物质的体积V、物质的密度等宏观量，跟单个分子的质量m0、单个分子的体积V0等微观量联系起来，如图2所示图2其中密度，但要切记对单个分子是没有物理意义的1分子的质量：m0.2固体、液体中分子的体积：V0.气体中分子所占的空间：V0.3质量为m的物体所含分子数：NNA.4体积为V的物体所含分子数：NNA.一、分子的大小例1关于分子，下列说法中正确的是()A分子看作小球是分子的简化模型，实际上，分子的形状并不真的都是小球B所有分子大小的数量级都是1010 mC“物体是由大量分子组成的”，其中“分子”只包含分子，不包括原子和离子D分子的质量是很小的，其数量级一般为1010 kg答案A解析将分子看作小球是为研究问题方便而建立的简化模型，故A选项正确一些有机物质的分子大小的数量级超过1010 m，故B选项错误“物体是由大量分子组成的”，其中“分子”是分子、原子、离子的统称，故C选项错误分子质量的数量级一般为1026 kg，故D选项错误例2现在已经有能放大数亿倍的非光学显微镜(如电子显微镜、场离子显微镜等)，使得人们观察某些物质内的分子排列成为可能如图3所示是放大倍数为3107倍的电子显微镜拍摄的二硫化铁晶体的照片据图可以粗略地测出二硫化铁分子体积的数量级为_ m3.(照片下方是用最小刻度为毫米的刻度尺测量的照片情况)图3答案1029解析由题图可知,将每个二硫化铁分子看作一个小球,四个小球并排直径之和为4d4 cm，所以平均每个小球的直径d1 cm.又因为题图是将实际大小放大了3107倍拍摄的照片，所以二硫化铁分子的小球直径为：d m3.331010 m，所以测出的二硫化铁分子的体积为：Vd33.14(3.331010 m)31.91029 m3.二、阿伏加德罗常数的应用例3水的分子量是18，水的密度1.0103 kg/m3，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1，则：(1)水的摩尔质量M_ gmol1或M_ kgmol1，水的摩尔体积Vm_ m3mol1.(2)水分子的质量m0_ kg，水分子的体积V_ m3(保留一位有效数字)(3)将水分子看作球体，其直径d_ m(保留一位有效数字)，一般分子直径的数量级是_ m.(4)36 g水中所含水分子个数n_个(5)1 cm3的水中所含水分子个数n_个答案(1)181.81021.8105(2)3102631029(3)410101010(4)1.21024(5)3.31022解析(1)某种物质的摩尔质量用“gmol1”作单位时，其数值与该种物质的分子量相同，所以水的摩尔质量M18 gmol1.如果摩尔质量用国际单位制的单位“kgmol1”，就要换算成M1.8102 kgmol1.水的摩尔体积Vm m3mol11.8105 m3mol1.(2)水分子的质量m0 kg31026 kg.水分子的体积V m331029 m3.(3)将水分子看作球体就有()3V，水分子直径d m41010 m，这里的“1010”称为数量级，一般分子直径的数量级就是这个值(4)36 g水中所含水分子个数nNA6.021023个1.21024个(5)1 cm3水中水分子的个数nNA个3.31022个针对训练已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3 kg/m3和2.1 kg/m3，空气的摩尔质量为0.029 kg/mol，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1，若潜水员呼吸一次吸入2 L空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数(结果保留一位有效数字)答案31022个解析设空气的摩尔质量为M，在海底和岸上的密度分别为海和岸，一次吸入空气的体积为V，在海底吸入的分子数N海NA，在岸上吸入的分子数N岸NA，则有NN海N岸NA，代入数据得N31022个1(分子的大小)纳米材料具有很多优越性，有着广阔的应用前景边长为1 nm的立方体，可容纳液态氢分子(其直径约为1010 m)的个数最接近于()A102个 B103个C106个 D109个答案B解析1 nm109 m，则边长为1 nm的立方体的体积V(109)3 m31027 m3；将液态氢分子看作边长为1010 m的小立方体，则每个氢分子的体积V0(1010)3 m31030 m3，所以可容纳的液态氢分子的个数N103(个)液态氢分子可认为分子是紧挨着的，其空隙可忽略，对此题而言，建立立方体模型比球形模型运算更简洁2(分子的大小与模型)关于分子，下列说法中正确的是()A分子的形状要么是球形，要么是立方体B所有分子的直径都相同C不同分子的直径一般不同，但数量级基本一致D密度大的物质，分子质量一定大答案C解析分子的结构非常复杂，它的形状并不真的都是小球，分子的直径不可能都相同，但数量级是一致的，所以C正确，A、B错误密度大指相同体积质量大，但分子个数不确定，无法比较分子质量大小，D错误3(阿伏加德罗常数的应用)已知某气体的摩尔体积为22.4 L/mol，摩尔质量为18 g/mol，阿伏加德罗常数为6.021023 mol1，由以上数据不可以估算出在标准状态下这种气体()A每个分子的质量 B每个分子的体积C每个分子占据的空间 D分子之间的平均距离答案B解析实际上气体分子之间的距离远比分子本身的直径大得多，即气体分子之间有很大空隙，故不能根据V0计算分子体积，这样算得的应是该气体每个分子所占据的空间；可认为每个分子平均占据了一个小立方体空间，即为相邻分子之间的平均距离；每个分子的质量显然可由m0估算，故答案选B.题组一分子的大小1关于分子，下列说法中正确的是()A分子是组成物质的最小粒子B分子是保持物质化学性质的最小粒子C分子是保持物质物理性质的最小粒子D分子是假想的物质粒子答案B解析比分子小的粒子还有电子、中子、质子等，A、C项错误；用扫描隧道显微镜已经观察到了分子，D项错误；由物质的化学性质可知B项正确2(多选)如果把氧气分子看成球形，则氧气分子直径的数量级为()A108 cm B1010 cmC1010 m D1015 m答案AC3在室温下水分子的平均间距约为31010 m，假定此时水分子是一个紧挨一个的，若使水完全变为同温度下的水蒸气，水蒸气的体积约为原来水体积的1 600倍，此时水蒸气分子的平均间距最接近于()A3.5109 m B4.0109 mC3108 m D4.8107 m答案A解析气体体积增大1 600倍，则边长增加倍，故正确选项为A.题组二阿伏加德罗常数的应用4(多选)下列数值等于阿伏加德罗常数的是()A1 m3的任何物质所含的分子数B1 kg的任何物质所含的分子数C标准状态下1 mol气体所含的分子数D任何状态下1 mol任何物质所含的分子数答案CD解析1 mol任何物质所含的分子数均为6.021023个，这一数值称为阿伏加德罗常数，因此，A、B错误，C、D正确5从下列哪一组数据可以算出阿伏加德罗常数()A水的密度和水的摩尔质量B水的摩尔质量和水分子的体积C水分子的体积和水分子的质量D水分子的质量和水的摩尔质量答案D解析阿伏加德罗常数是联系宏观世界和微观世界的桥梁，有两个主要公式求阿伏加德罗常数，分别为：NA 和NA.对应可得D项正确6(多选)某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为Vm，密度为，每个分子的质量和体积分别为m0和V0，则阿伏加德罗常数NA可表示为()ANA BNACNA DNA答案BC解析气体的体积是指气体所充满的容器的容积，它不等于气体分子个数与每个气体分子体积的乘积，所以A、D错由质量、体积、密度关系可推知B、C正确7已知阿伏加德罗常数为NA，某物质的摩尔质量为M，该物质的密度为，则下列叙述中正确的是()A1 kg该物质所含的分子个数是NAB1 kg该物质所含的分子个数是C该物质1个分子的质量是D该物质1个分子占有的空间是答案D解析1 kg该物质的物质的量为，所以分子个数为，选项A、B均错；该物质1个分子的质量是，选项C错；该物质的摩尔体积为Vm，所以每个分子占有的空间是，选项D对8已知水银的摩尔质量为M，密度为，阿伏加德罗常数为NA，则水银分子的直径是()A() B()C. D.答案A解析1 mol水银的体积V，1个水银分子的体积V0，把水银分子看成球体，则V0d3，所以d().把水银分子看成立方体，则V0d3，所以d().故正确答案为A.题组三阿伏加德罗常数及微观量的估算9已知在标准状况下，1 mol氢气的体积为22.4 L，氢气分子间距约为()A109 m B1010 mC1011 m D108 m答案A解析在标准状况下，1 mol氢气的体积为22.4 L，则每个氢气分子占据的体积V m33.721026 m3.按立方体估算，占据体积的边长：L m3.3109 m故选A.10对于固体和液体来说，其内部分子可看作是一个挨着一个紧密排列的球体已知汞的摩尔质量为200.5103 kg/mol，密度为13.6103 kg/m3，阿伏加德罗常数为6.01023 mol1，则汞原子的直径与以下数值中最接近的是()A1109 m B21010 mC41010 m D61011 m答案C解析由摩尔质量和密度计算出摩尔体积Vm；由摩尔体积除以阿伏加德罗常数计算出一个分子所占的体积：V0；再由球体体积公式求出分子的直径计算后可知选项C正确112008年8月8日北京奥运会开赛以来，美丽的“水立方”游泳馆简直成了破世界纪录的摇篮，但“水立方”同时也是公认的耗水大户，因此，“水立方”专门设计了雨水回收系统，平均每年可以回收雨水10 500 m3，相当于100户居民一年的用水量，请你根据上述数据估算一户居民一天的平均用水量与下面哪个水分子数目最接近(设水分子的摩尔质量为M1.8102 kg/mol)()A31031个 B31028个C91027个 D91030个答案C解析每户居民一天所用水的体积V m30.29 m3，该体积所包含的水分子数目NNA9.71027个，最接近C项，故选C.122015年2月，美国科学家创造出一种利用细菌将太阳能转化为液体燃料的“人造树叶”系统，使太阳取代石油成为可能假设该“人造树叶”工作一段时间后，能将106 g的水分解为氢气和氧气已知水的密度1.0103 kg/m3、摩尔质量M1.8102 kg/mol，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1.试求：(结果均保留一位有效数字)(1)被分解的水中含有水分子的总数N；(2)一个水分子的体积V.答案见解析解析(1)水分子数：N31016个(2)水的摩尔体积为：V0，水分子体积：V31029 m3.9