2019-2020学年高中物理 第七章 分子动理论 第1节 物体是由大量分子组成的学案 新人教版选修3-3

第1节物体是由大量分子组成的1.知道物体是由大量分子组成的2.理解油膜法测分子直径的原理，并能进行测量和计算3知道分子球形模型和分子直径的数量级4.知道阿伏加德罗常数及其意义一、分子的大小1物体是由大量分子组成的，在热学中，组成物质的微粒(如分子、原子或者离子)统称为分子2用油膜法估测分子的大小(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单分子油膜，如把油酸分子简化成球形，则油膜的厚度即为油酸分子的直径，如图(2)计算：如果测出油酸的体积为V，单分子油膜的面积为S，则油酸分子的直径d3分子大小：除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为1010 m.1(1)油酸分子的形状是球形的()(2)原子或离子不是分子()(3)所有分子直径的数量级都是1010m.()(4)测定分子大小的方法有多种，油膜法只是其中的一种方法()提示：(1)(2)(3)(4)二、阿伏加德罗常数1定义：1 mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量用阿伏加德罗常数表示2数值：阿伏加德罗常数通常用符号NA表示，其值通常可取NA6.021023mol1，在粗略计算中可取NA6.01023mol1.3意义：阿伏加德罗常数是一个重要的常数，它把摩尔质量、摩尔体积这些宏观量与分子质量、分子大小等微观量联系起来了，即阿伏加德罗常数NA是联系宏观量与微观量的桥梁2(1)阿伏加德罗常数与物质的种类、物质的状态无关()(2)一个分子的质量等于摩尔质量除以阿伏加德罗常数()(3)一个分子的体积等于摩尔体积除以阿伏加德罗常数()提示：(1)(2)(3)油膜法测分子的大小 1实验目的：用油膜法估测分子的大小2实验原理：把一定体积的油酸酒精溶液滴在水面上使其形成单分子油膜，如图所示不考虑分子间的间隙，把油酸分子看成球形模型，计算出1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V并测出油膜面积S，求出油膜的厚度d，即d就是油酸分子的直径3实验器材：油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅盘、玻璃板、坐标纸、彩笔、痱子粉或细石膏粉4实验步骤(1)在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉或细石膏粉均匀撒在水面上(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(浓度已知)，记下滴入的滴数N，算出一滴油酸酒精溶液的体积V.(4)将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上(5)待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔画出油酸薄膜的形状(6)将玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S或者玻璃板上有边长为1 cm的方格的个数，通过数方格个数，算出油酸薄膜的面积S.计算方格数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个5数据处理：根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d算出油酸薄膜的厚度d，即为油酸分子直径的大小6注意事项(1)油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免改变浓度，造成较大的实验误差(2)实验前应注意，浅盘是否干净，否则难以形成油膜(3)浅盘中的水应保持平衡，痱子粉应均匀撒在水面上(4)向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成(5)待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓7误差分析：本实验误差通常来自三个方面：(1)不能形成单分子油膜；(2)油滴的体积的测量产生误差；(3)计算油膜的面积有误差(每个方格面积越小，误差越小). 油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL，用滴管向量筒内滴50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1 mL，若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示(1)若每一小方格的边长为20 mm，则油酸薄膜的面积约为_ m2；(2)一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为_ m3；(3)由以上数据，估算出油酸分子的直径_ m.解析估测方法是将每个油酸分子视为球形模型；在水面上形成单分子油膜；油膜的厚度可视为油酸分子的直径(1)由题图可知油膜大约占56个方格，所以油膜面积约为S562020 mm222 400 mm22.24102 m2；(2)一滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸体积V mL1.2105 mL1.21011 m3；(3)油酸分子的直径d m51010 m.答案(1)2.24102(2)1.21011(3)51010油膜法估测分子直径问题的关键点(1)获得一滴油酸酒精溶液，并由配制浓度求出其中所含纯油酸的体积V.(2)用数格子法(不足半个的舍去，多于半个的算一个，即“四舍五入”法)求出油膜面积S.(3)由公式d计算结果其中V和S的单位均采用国际单位制中的单位，即体积V的单位是m3，面积S的单位是m2. (2019高考全国卷)用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是_实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以_为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是_解析：由于分子直径非常小，极少量油酸所形成的单分子层油膜面积也会很大，因此实验前需要将油酸稀释，使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜可以用累积法测量多滴溶液的体积后计算得到一滴溶液的体积油酸分子直径等于油酸的体积与单分子层油膜的面积之比，即d，故除测得油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积外，还需要测量单分子层油膜的面积答案：使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1 mL油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积单分子层油膜的面积阿伏加德罗常数的应用 1两种分子模型固体、液体分子间紧密排列可忽略间隙可以近似认为气体分子是均匀分布的，每个气体分子占据一个正方体，其边长即为气体分子间的距离如表所示分子模型意义分子大小或分子间的平均距离图例球形模型固体和液体可看成是一个个紧挨着的球形分子排列而成的，忽略分子间的空隙d立方体模型把气体分成若干个小立方体，气体分子位于每个小立方体的中心，每个小立方体是每个分子占有的活动空间，这时忽略气体分子的大小d2.微观量与宏观量的关系(1)微观量：分子质量m0，分子体积V0，分子直径d.(2)宏观量：物质的质量M、体积V、密度、摩尔质量MA、摩尔体积VA(3)微观量与宏观量的关系分子质量：m0.分子体积：V0(适用于固体和液体)物质所含的分子数：NnNANANA气体分子间的平均距离：d(V0为气体分子所占据空间的体积)固体、液体分子直径：d(V0为分子体积) 命题视角1微观量与宏观量关系的判断已知阿伏加德罗常数为NA(mol1)，某物质的摩尔质量为M(kg/mol)，该物质的密度为(kg/m3)，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(kg)D该物质1个分子占有的空间是(m3)解析1 kg该物质的物质的量为；所含分子数目为NA，故A、B错误；每个分子的质量为m0 kg，故C错误；每个分子所占体积为V0 m3，故D正确答案D 命题视角2微观量的估算已知铜的摩尔质量M6.4102kg/mol，铜的密度8.9103 kg/m3，阿伏加德罗常数NA6.01023mol1.试估算：(计算结果保留两位有效数字)(1)一个铜原子的质量；(2)若每个铜原子可提供两个自由电子，则3.0105m3的铜导体中有多少个自由电子？解题探究(1)铜原子的质量太小，怎样用宏观量M和NA去求解这个微观量？(2)怎样求解3105m3的铜导体中铜原子的个数？解析(1)一个铜原子的质量m kg1.11025 kg.(2)铜导体的物质的量n mol4.2 mol铜导体中含有的自由电子数N2nNA5.01024(个)答案(1)1.11025 kg(2)5.01024个(1)分子体积V0的意义：V0，对于固体和液体指分子的体积，对于气体则指每个分子所占据空间的体积(2)物体的密度的计算：，但要切记是没有物理意义的 【通关练习】1仅利用下列某一组数据，可以计算出阿伏加德罗常数的是()A水的密度和水的摩尔质量B水分子的体积和水分子的质量C水的摩尔质量和水分子的体积D水的摩尔质量和水分子的质量解析：选D.知道水的密度和水的摩尔质量可以求出其摩尔体积，不能计算出阿伏加德罗常数，故A错误；知道水分子的体积和水分子的质量可求水的密度，不能求出阿伏加德罗常数，故B错误；若知道水的摩尔质量和水分子的体积，不知道密度，故不能求出阿伏加德罗常数，选项C错误；用水的摩尔质量除以水分子的质量可以求解阿伏加德罗常数，故D正确2据统计“酒驾”是造成交通事故的主要原因之一，交警可以通过手持式酒精测试仪很方便地检测出驾驶员呼出的气体中的酒精含量，以此判断司机是否饮用了含酒精的饮料当司机呼出的气体中酒精含量达2.4104 g/L时，酒精测试仪开始报警假设某司机呼出的气体刚好使酒精测试仪报警，并假设成人一次呼出的气体体积约为300 mL，试求该司机一次呼出的气体中含有酒精分子的个数(已知酒精分子的摩尔质量为46 gmol1，NA6.021023mol1)解析：该司机一次呼出气体中酒精的质量为m2.4104300103 g7.2105 g一次呼出酒精分子的个数为NNA6.021023个9.421017个答案：9.421017个- 6 -