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第13讲 分子动理论 气体及热力学定律,1.(2013江苏单科，12A)如图1所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，AB和CD为等温过程，BC和DA为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。,图1,该循环过程中，下列说法正确的是_。 A.AB过程中，外界对气体做功 B.BC过程中，气体分子的平均动能增大 C.CD过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 D.DA过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化 该循环过程中，内能减小的过程是_(选填“AB”、“BC”、“CD”或“DA”)。若气体在AB过程中吸收63 kJ的热量，在CD过程中放出38 kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为_kJ。,答案 C BC 25 41025m3,2.(2014江苏单科，12A)一种海浪发电机的气室如图2所示。工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭。气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电。气室中的空气可视为理想气体。,图2,(1)下列对理想气体的理解，正确的有_。 A.理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型 B.只要气体压强不是很高就可视为理想气体 C.一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关 D.在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律 (2)压缩过程中，两个阀门均关闭。若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4104 J，则该气体的分子平均动能_(选填“增大”、“减小”或“不变”)，活塞对该气体所做的功_(选填“大于”、“小于”或“等于”)3.4104 J。,(3)上述过程中，气体刚被压缩时的温度为27 ，体积为0.224 m3，压强为1个标准大气压。已知1 mol气体在1个标准大气压、0 时的体积为22.4 L，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1。计算此时气室中气体的分子数。(计算结果保留一位有效数字),解析 (1)理想气体是一种理想化模型，忽略了气体分子之间的相互作用，实际上并不存在，A对；只有当气体的温度不太低，压强不太高时，实际气体才可视为理想气体，B错；一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，与体积无关，C错；不论在何种温度和压强下，理想气体都遵循气体实验定律，D对。 (2)气体被压缩，外界对气体做功，内能增大，温度升高，气体分子的平均动能增大，由热力学第一定律 UW3.4104 J。,答案 (1)AD (2)增大 等于 (3)51024(或61024),3.(2015江苏单科，12A) (1)对下列几种固体物质的认识，正确的有_。 A.食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体 B.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体 C.天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则 D.石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同,(2)在装有食品的包装袋中充入氮气，可以起到保质作用。某厂家为检测包装袋的密封性，在包装袋中充满一定量的氮气，然后密封进行加压测试。测试时，对包装袋缓慢地施加压力。将袋内的氮气视为理想气体，则加压测试过程中，包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力_(选填“增大”、“减小”或“不变”)，包装袋内氮气的内能_(选填“增大”、“减小”或“不变”)。 (3)给某包装袋充入氮气后密封，在室温下，袋中气体压强为1个标准大气压、体积为1 L。将其缓慢压缩到压强为2个标准大气压时，气体的体积变为0.45 L。请通过计算判断该包装袋是否漏气。,解析 (1)若物体是晶体，则在熔化过程中，温度保持不变，可见A正确；烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，是由于云母片在不同方向上导热性能不同造成的，说明云母片是晶体，所以B错误；沿晶体的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理性质不同，这就是晶体的各向异性。选项C错误，D正确。,(2)因为测试时，对包装袋缓慢地施加压力，外界对气体所做的功等于气体对外放出的热量，由热力学第一定律可知：气体的温度不变，即内能不变。玻意耳定律可知：气体体积变小，所以压强变大，由于气体的压强是由于气体分子对器壁的频繁碰撞而产生的，所以包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力增大。 (3)若不漏气，设加压后的体积为V1，由等温过程得：P0V0P1V1，代入数据得V10.5 L，因为0.45 L0.5 L，故包装袋漏气。 答案 (1)AD (2)增大 不变 (3)见解析,近三年江苏省高考选考部分的试题都是由三个小题组成，难度都不大，分值都是12分。 命题热点：分子动理论，热学基本知识的综合应用，热力学第一定律的应用，气体实验定律的应用。,考向一 热学基本知识与微观量计算的组合,核心知识,1.,1.(1)如图3所示，是氧气在0 和100 两种不同情况下，各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系。由图可知_。,图3,A.100 的氧气，速率大的分子比例较多 B.具有最大比例的速率区间，0 时对应的速率大 C.温度越高，分子的平均速率越大 D.在0 时，部分分子速率比较大，说明内部有温度较高的区域 (2)如图4所示，一定质量的理想气体的PV图象中，AB为等温过程，BC为绝热过程。这两个过程中，内能减少的是_；此过程中_(填“气体对外”或“外界对气体”)做功。,图4,(3)1 mol任何气体在标准状况下的体积都是22.4 L。试估算温度为0 ，压强为2个标准大气压状态下1立方米内气体分子数目(结果保留两位有效数字)。,解析 (1)由图象得温度越高，速率大的分子所占的比例较大，A正确；最大比例的速率区间温度越高，速率的值越大，B错误；温度越高，分子的平均速率越大，C正确；气体分子的速率分布特点为中间多，两头少，温度越高，高速率区域对应的速度越大，D错误。,答案 (1)AC (2)BC 气体对外 (3)5.41025个,2.(2014淮安市高三考前信息卷)(1)下列说法中正确的有_。 A.气缸内的气体具有很大的压强，是因为气体分子间表现为斥力 B.液体表面具有张力是因为液体表面层的分子间表现为引力 C.晶体的物理性质具有各向异性是因为晶体内部微粒按一定规律排列的 D.温度越高的物体，其内能一定越大、分子运动越剧烈,(2)如图5所示，当一定质量的理想气体由状态a沿acb到达状态b，气体对外做功为126 J、吸收热量为336 J；当该气体由状态b沿曲线ba返回状态a时，外界对气体做功为84 J，则该过程气体是_(填“吸”或“放”)热，传递的热量等于_J。,图5,(3)已知地球到月球的平均距离为384 400 km，金原子的直径为3.48109m，金的摩尔质量为197 g/mol。若将金原子一个接一个地紧挨排列起来，筑成从地球通往月球的“分子大道”，试问： 该“分子大道”需要多少个原子？ 这些原子的总质量为多少？,解析 (1)气体的压强是由气体分子对器壁的碰撞而产生的，并非分子间的斥力所产生；液体表面层分子间距较大，分子间的引力大于斥力，分子力表现为引力；晶体(单晶体)的物理性质具有各向异性，是因为晶体内部微粒按一定规律排列；内能是物体内所有分子势能与动能的总和，温度越高，分子平均动能越大，但内能不一定越大。选项A、D错误，B、C正确。,答案 (1)BC (2)放 294 (3)1.101017 3.6108 kg,核心知识,1.,考向二 热学基本知识与气体定律的组合,2.,3.固体和液体 (1)晶体和非晶体,(2)液晶的性质 液晶是一种特殊的物质，既可以流动，又可以表现出单晶体的分子排列特点，在光学、电学物理性质上表现出各向异性。,(3)液体的表面张力 使液体表面有收缩到球形的趋势，表面张力的方向跟液面相切。 (4)饱和汽压的特点 液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。 (5)相对湿度,1.(1)科学家在“哥伦比亚”号航天飞机上进行了一次在微重力条件(即失重状态)下制造泡沫金属的实验。把锂、铝、钛等轻金属放在一个石英瓶内，用太阳能将这些金属熔化成液体，然后在熔化的金属中充进氢气，使金属内产生大量气泡，金属冷凝后就形成到处是微孔的泡沫金属。下列说法中正确的是( ) A.失重条件下液态金属呈现球状是由于液体表面分子同存在引力作用 B.失重条件下充人金属液体的气体气泡不能无限地膨胀是因为液体表面张力的约束 C.在金属液体凝过程中，气泡收缩变小，外界对气体做功，气体内能增大 D.泡沫金属物理性质各向同性，说明它是非晶体,(2)某同学做了如图6所示的探究性实验，U形管左口管有一小气球，管内装有水银，当在右管内再注入一些水银时，气球将鼓得更大。假设封闭气体与外界绝热，则在注入水银时，封闭气体的体积_，压强_，温度_，内能_。(填“增大”、“减小”、“升高”、“降低”或“不变”),图6,图7,解析 (1)液态金属呈现球状是由于液体表面存在表面张力，A项错误，B项正确；在金属液体凝过程中，气泡收缩变小的过程中，温度降低，内能减小 ，C项错误；金属属于多晶体，D项错误。 (2)注入水银，封闭气体的压强变大，水银对气体做功，气体体积减小，由于封闭气体与外界幽绝热，所以气体内能增大，温度升高。,2.(1)下列说法正确的是_。 A.物体吸收热量，其温度一定升高 B.橡胶无固定熔点，是非晶体 C.做功和热传递是改变物体内能的两种方式 D.布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映,(2)如图8所示，导热的气缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个砂桶，砂桶装满砂子时，活塞恰好静止，现将砂桶底部钻一个小洞，让细砂慢慢漏出。气缸外部温度恒定不变，则缸内的气体压强_，内能_。(选填“增大”、“减小”或“不变”),图8,(3)在如图9所示的气缸中封闭着温度为100 的空气，一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接，重物和活塞均处于平衡状态，这时活塞离缸底的高度为10 cm(设活塞与气缸壁间无摩擦)。如果缸内空气变为0 ，问：,图9,重物是上升还是下降？ 这时重物将人原处移动多少厘米,答案 (1)BC (2)增大 不变 (3)上升 2.7 cm,高频考点十四 热学基本规律与气体实验定律的组合,1.应用气体实验定律的解题思路 (1)选择对象即某一定质量的理想气体； (2)找出参量气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2； (3)认识过程认清变化过程是正确选用物理规律的前提； (4)列出方程选用某一实验定律或气态方程，代入具体数值求解，并讨论结果的合理性。,2.牢记以下几个结论 (1)热量不能自发地由低温物体传递给高温物体； (2)气体压强是由气体分子频繁地碰撞器壁产生的，压强大小与分子热运动的剧烈程度和分子密集程度有关； (3)做功和热传递都可以改变物体的内能，理想气体的内能只与温度有关； (4)温度变化时，意味着物体内分子的平均动能随之变化，并非物体内每个分子的动能都随之发生同样的变化。,(12分)(2015苏、锡、常、镇四市高三调研)(1)下列说法中正确的是_。 A.气体对容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起的，它跟气体分子的密集程度以及气体分子的平均动能有关 B.在绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果 C.液晶显示器是利用了液晶对光具有各向同性的特点 D.当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越小,(2)一定质量的理想气体由状态A经过程I变至状态B时，内能增加120 J。当气体从状态B经过程回到状态A时，外界压缩气体做功200 J，则过程中气体_(填“吸热”或“放热”)，热量为_J。 (3)一定质量的理想气体状态变化如图10所示，其中AB段与t轴平行。已知在状态A时气体的体积为1.0 L，那么变到状态B时气体的体积为多少？从状态A变到状态C的过程中气体对外做功为多少？,图10,解析 (1)气体对容器壁的压强是由于气体分子无规则运动，对容器壁频繁的撞击引起的，气体分子越密集，单位时间内撞击的分子数越多，单位面积上的撞击力越大，压强就越大，分子的平均动能越大，平均每个分子的撞击力就越大，压强就越大，故A正确；宇宙飞船中，水滴处于完全失重状态，液体表面由于分子张力作用，使液体的表面积最小，相同的体积，球的表面积最小，故B正确；液晶显示器是利用了液晶对光的各向异性的特点，故C错误；当两分子间距大于平衡距离时，分子力表现为引力，分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大，故D错误。,答案 (1)AB (2)放热 320 (3)2.0 L 200 J,(2015徐州市高三质量检测)(1)下列说法正确的是_。 A.布朗运动就是液体分子的无规则运动 B.晶体规则外形是晶体内部微粒在空间有规则排列的结果 C.液体很难压缩是因为液体分子间只有斥力没有引力的缘故 D.液体表面具有收缩的趋势是由于液体存在表面张力的缘故,(2)某同学从冰箱冷冻室中取出经较长时间冷冻的空烧瓶后，迅速把一个气球紧密地套在瓶口上，并将烧瓶放进盛有热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图11所示。烧瓶和气球里的气体内能_(填“增大”“不变”或“减小”)，外界对气体_(填“做正功”“做负功”或“不做功”)。,图11,(3)如图12，一端开口、另一端封闭的细长薄壁玻璃管水平放置，内有用水银柱封闭的体积为10 mL的某种理想气体。外界大气压为1标准大气压，环境温度为27 ，阿伏加德罗常数约为61023 mol1，标准状况下1 mol该气体体积约为22.4 L。求：,图12,当环境温度降为0 时(设大气压强不变)气体的体积； 估算管中气体分子数目。(结果保留两位有效数字),答案 (1)BD (2)增大 做负功 (3)9.1 mL 2.41020个,
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