物體是由大量分子組成的

1、第七章分子動理論單元透視本章內(nèi)容是熱學(xué)部分的基礎(chǔ)，本章研究的就是熱現(xiàn)象的基本理論和有關(guān)規(guī)律。研究熱現(xiàn)象有兩種不同的方法，一種是從宏觀上總結(jié)熱現(xiàn)象的規(guī)律，引入內(nèi)能的概念，并使內(nèi)能跟其他形式的能聯(lián)系起來； 另一種是從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立分子動理論，說明熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運動的表現(xiàn)。這兩種方法相輔相成，使人們對熱現(xiàn)象的研究越來越深入。本章的學(xué)習(xí)不僅為后三章的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，而且對學(xué)好整個物理學(xué)都很重要。這一章主要講三方面的知識，一是認識分子動理論的基本觀點，知道其實驗數(shù)據(jù)，知道阿伏加德羅常 數(shù)的意義。了解分子運動所遵循的統(tǒng)計規(guī)律。二是平衡態(tài)和溫標(biāo)，三是有關(guān)分子能的概念，充分認識溫度 是分

2、子平均動能的標(biāo)志。根據(jù)新課標(biāo)的要求，要使學(xué)生了解分子動理論的基本內(nèi)容：物質(zhì)是有大量分子組成的， 分子在做永不停息的無規(guī)則的運動，分子之間存在著相互的引力和斥力。本章教材突出了分子動理論的實驗基礎(chǔ)，這也是進入微觀世界的線索。分子動理論的內(nèi)容，學(xué)生并不生疏，他 們在初中學(xué)過這方面的知識。但與初中所學(xué)內(nèi)容相比， 現(xiàn)在的要求有所提高。 一是加強了分子動理論的實驗基礎(chǔ)，這對于分子動理論的學(xué)習(xí)是很重要的。二是加深了對分子動理論的理解的要求。這不僅是后三章學(xué)習(xí)不可缺少的基礎(chǔ)，也有利于發(fā)展學(xué)生的思維能力和空間想象能力，對于學(xué)好高中物理是十分重要的。本章還講述了內(nèi)能的概念， 這也是熱學(xué)中一個基本的概念，不僅對學(xué)

3、好熱學(xué)， 而且對學(xué)好整個物理學(xué)都很重要。希望學(xué)生能夠?qū)δ芰窟@個重要的物理概念的認識更全面、更深入一些。第1節(jié)物體是由大量分子組成的目標(biāo)導(dǎo)航（1）知道物體是由大量分子組成的。（2）知道用油膜法測定分子大小的原理和方法。（3）知道物質(zhì)結(jié)構(gòu)的微觀模型，知道分子大小、質(zhì)量的數(shù)量級。（4）理解阿伏加德羅常數(shù)的含義，并記住這個常數(shù)的數(shù)值和單位；會用這一常數(shù)進行有關(guān)計算或估算； 領(lǐng)會阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀物理量和微觀物理量的紐帶。（5）堅持求真務(wù)實、嚴謹認真的學(xué)習(xí)態(tài)度。誘思導(dǎo)學(xué)1 .分子的大小自然界中所有物質(zhì)都是由大量的分子組成的。此處所提出的“分子”是個廣義概念，指 組成物質(zhì)的原子、離子或分子。（1）分

4、子模型首先，可以把單個分子看做一個立方體，也可以看做是一個小球。通常情況下把分子看做小球，是對分子的簡化模型。實際上，分子有著復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并不真的都是小球。其次，不同的物質(zhì)形態(tài)其分子的排布也有區(qū)別，任何物質(zhì)的分子間都有空隙。對固體和液體而言，分子間空隙比較小，我們通常認為分子是一個挨著一個排列的，而忽略其空隙的大小。(2)用油膜法估測分子的大小估測分子的大小通常采用油膜法。具體方法課本上已經(jīng)介紹，此處不再贅述。最后根據(jù)1滴油酸的體積v和油膜面積S就可以算出油膜的厚度(D =丫)，即油酸分子的尺寸。其線度的數(shù)量級為10川口。我S們可以用不同的方法估測分子的大小。用不同的方法測出的分子大小并不

5、完全相同，但是數(shù)量級是一致的。ioio除了一些高分子有機物之外，一般分子直徑的數(shù)量級約為10 m。10 m是一個極小的數(shù)，同學(xué)們應(yīng)該記住。2 阿伏加德羅常數(shù)23阿伏加德羅常數(shù)用Na表示，Na =6. 02漢10 mol 。它是微觀世界的個重要常數(shù)，是聯(lián)系微觀 物理量和宏觀物理量的橋梁，應(yīng)該理解它的意義。(1 )已知固體和液體(氣體不適用)的摩爾體積Vmol和一個分子的體積 V，則NA=Vm01 ；反之亦可估V算分子的大小。(2 )已知物質(zhì)(所有物質(zhì)，無論液體、固體還是氣體均適用)的摩爾質(zhì)量M和一個分子的質(zhì)量 m,求MN2 .;反之亦可估算分子的質(zhì)量。mv(3 )已知固體和液體(氣體不適用)的體

6、積 V和摩爾體積 Vmoi，則物質(zhì)的分子數(shù)n =NaVmolM / ?NA其中P是物質(zhì)的密度，M是物質(zhì)的質(zhì)量。Vmol(4 )已知物質(zhì)(所有物質(zhì)，無論液體、固體還是氣體均適用)的質(zhì)量和摩爾質(zhì)量，則物質(zhì)的分子數(shù)Mn= . NAm典例探究333例1 將1cm的油酸溶于酒精，制成 200cm的油酸酒精溶液，已知1cm的溶液有50滴，現(xiàn)取1滴油酸酒精溶液滴到水面上，隨著酒精溶于水，油酸在水面上形成一單分子薄層，已測出這一薄層的面積2為0. 2m ，由此可估測油酸分子的直徑為多少？摩爾質(zhì)量M =18g mol 4o如果摩爾質(zhì)量用國際單位制的單位“ kg-j ”mor ”，就要換算成M =18 10；kg

7、 mol水的摩爾體積P口m3/mol =1.8 10m3 mol1.0 103(5)一個水分子的質(zhì)量一個水分子的體積將水分子d =3 一m=18 10 23 kg =3 106kg。Na 6.021023V二丄二空笙口彳=3 10Na 6.021023視為理想球體就有：J9 m3d3 =V水分子直徑為6V=3 6 3 10 篤乜9 10f 這里的“ 100 ”3. 14稱為數(shù)量級,一般分子直徑的數(shù)量級31_63解析：1 cm3油酸酒精溶液中油酸的體積7=x 106 m3, 1滴油酸酒精溶液中油酸體積V 酸 = V502006 _ 6=I0m，則油酸分子的直徑 d= 油膜10m= 5x 10 解

8、析：(1)某種物質(zhì)的摩爾質(zhì)量用“ g mol”做單位時，其數(shù)值與該物質(zhì)的原子量相同，所以水的 m。200 50S 200 50 0.2友情提示：本題關(guān)鍵是知道分子的球形模型，理解用油膜法測分子直徑的原理，運用公式d=V/S進行計算，注意單位的統(tǒng)一。除油膜法計算分子大小外，如果在已知分子的體積V的情況下，對固體、液體還有方法：當(dāng)分子視為球體時，有V=4.(d/2)3=nd3/6, d= 3 6V ；當(dāng)分子視為立方體時，d= 3 V 。3V兀對氣體，因分子的間距很大，不考慮氣體分子的大小。例2 水的分子量是18，水的密度=1.0103kg/m3，阿伏加德羅常數(shù)23_1NA =6.02x10 mol

9、 ，則(1)水的摩爾質(zhì)量 M=g mol 或 M=kg mol ； 水的摩爾體積V=m3 mol -1 ; (3) 一個水分子的質(zhì)量 m=kg ; (4) 一個水分子的體積 V3=m ； (5)將水分子看做是個球體， 水分子的直徑d =m 一般分子直徑的數(shù)量級都是6就是這個值。友情提示：解答此類問題時，一定要理清各物理量間的關(guān)系。例3已知金剛石的密度為p = 3.5X 103 kg/m3，現(xiàn)有一塊體積為4.OX 10_8m3的一小塊 金剛石，它含有多少個碳原子？假如金剛石中的碳原子是緊密地挨在一起，試估算碳原子的直徑？（保留兩位有效數(shù)字）解析：先求這塊金剛石的質(zhì)量o一 8一 4m= p V =

10、 3.5X 1O3X 4.OX 10 kg = 1.4X 10 kg這塊金剛石的物質(zhì)的量m1.40*一 2n= =3 mol = 1.17X 10 molM 120這塊金剛石所含的碳原子數(shù)n，= nNA =1.17X 10一2X 6.02 X 1023 個=7.0 X 1021 個一個碳原子的體積為4.0 10$7.0 10m3= 5.7X 10 一30 m3。把金剛石中的碳原子看成球體，則由公式3V= 一 d可得碳原子直徑為6友情提示：（1）由宏觀量去計算微觀量，或由微觀量去計算宏觀量，都要通過阿伏加德在計算金剛石含有的碳原子數(shù)時，也可先由f吧求出f，再由V0=進求羅常數(shù)建立聯(lián)系。所以說，阿

11、伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀量與微觀量的橋梁。出一個碳原子的體積 V。，然后由n = V求出金剛石含有的碳原子數(shù)n。例4 在標(biāo)準狀況下，水蒸氣的摩爾體積是22.4“0m3/mol，則水蒸氣分子的平均間距約是水分子直徑的（）倍。C. 100 倍D. 1000 倍解析：水蒸氣是氣體，在標(biāo)準狀況下的摩爾體積是22.4x10-m3/mol，每個水分子所占體積(包括水分子和它的周圍空間的體積)為=372 1026m?Vmoi _224 1 0m3/mol 兀一 602 IcTmol1把每個分子和它所占空間看成一個小立方體，分子間距等于每個立方體的邊長，即d=3V=3 3.72 10,6m = 3.35 10m

12、水的摩爾體積63Vmol 8 10 m /mo1，一個水分子的體積為 Vmol/NA，把水分子看成球形，其直徑為mol二 Na=36 18 10 63.14X6叱10訓(xùn)豪祥1嚴*d/D =10答案：B。友情提示：固體和液體分子是緊密排列的，分子間距可看成分子直徑；而氣體分子間的距離遠大于分子直徑，在標(biāo)準狀況下，用摩爾體積除以阿伏伽德羅常數(shù)，得到的是一個分子和它的周圍空間的總體積，而不是一個分子的體積。分割氣體空間體積時必須分割成緊密相連的立方體，而不應(yīng)該是球體。這一點同學(xué)們一定要弄清楚。課后問題與練習(xí)點擊1 解析：因為薄膜恰能在鹽水中懸浮，說明薄膜的密度與鹽水密度相等，所以薄膜密度為 p=1。

13、2X 10 kg/m = 1. 2g/cm，質(zhì)量 m=3 6 g，薄膜體積 V= m/p= 3 6 + 1 . 2 = 30cm , 薄膜面積S= 10X20 = 200 cmf,因此薄膜的厚度為 d=V/S=30 + 200=0. 15cm。1 62 .解析：(1) 一滴油酸酒精容易中含有純油酸的體積是V=1XX=75100008.010“(mL)(2)油膜的面積 S=1X115 = 115 cm?(3)油膜的厚度即認為是油酸分子的直徑d，則有:V 8.0 10“d=一m=7 . 0X 10S 11510m。3解析：銅的摩爾體積 Vmol =M = 7 .2 X 10 6m3一個銅原子的體積

14、為 V= Yml = 1 . 2X 10=9 m3Na把銅原子看成球體，則由公式乂=丄d3可得銅原子直徑為:64解析：在標(biāo)準狀況下氧氣的摩爾體積是Vnoi= 22.10m3，每個氧氣分子所占立方體空間的體積為：= 372 IO%224 102m3/mol6.02 icfmol1每個分子處在所占立方體空間的中心，相鄰兩個分子間距離等于每個立方體空間的邊 長，即即d =3V =3 372 10窗=3.35 10m基礎(chǔ)訓(xùn)練一、選擇題1 .分子直徑和分子的質(zhì)量都很小，它們的數(shù)量級分別為（）.40J26A. d = 10 m,m=10 kgB. d =10，cm, m =106kg10 26C. d =

15、 10 m,m = 10 gD. d =10*m, m =10,6kg2. 構(gòu)成物質(zhì)的單兀是多種多樣的，它們不可能是（）A .分子（如有機物）B. 原子（如金屬）C. 基本粒子（如電子、中子、原子）D. 離子（如鹽類）3. 已知銅的密度為8.9 10 2 D. 10 cmkg/m&只要知道下列哪一組物理量，就可以估算出氣體分子間的平均距離 A .阿伏加德羅常數(shù)，該氣體的摩爾質(zhì)量和質(zhì)量,原子量為64,通過估算可知銅中的每個銅原子所 占的體積為（）A. 7 x10 m3b. 1x10工9 m3C. 1 10,6m3D. 8 10,4m34 從下列哪一組數(shù)據(jù)可以算出阿伏加德羅常數(shù)（）A .水的密度和

16、水的摩爾質(zhì)量B. 水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積C. 水分子的體積和水分子的質(zhì)量D. 水分子的質(zhì)量和水的摩爾質(zhì)量5. 某固體物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M，密度為p，阿伏加德羅常數(shù)為 Na，則每個分子的質(zhì)量和單位體積內(nèi)所含的分子數(shù)分別是（）A. Na/M p Na/MB. M / NaMNa/ pC. Na/M M/ p NaD. M/Na p Na/M6. 阿伏加德羅常數(shù)是 Na,銅的摩爾質(zhì)量是M，銅的密度是p，則下列說法中錯誤的 是（）A. 1 m3銅所含的原子數(shù)目是 p Na/MB. 1 kg銅所含的原子數(shù)目是 p NaC. 1個銅原子的原子質(zhì)量是M/N aD. 1個銅原子占有體積是 M/（N a p

17、）7. 體積為104 cm3的油滴，滴在水面上展開成單分子油膜，則油膜面積的數(shù)量級為（ ）8 2A. 10 cm6 2B. 10 cm42C. 10 cmB. 阿伏加德羅常數(shù)，該氣體的摩爾質(zhì)量和密度C. 阿伏加德羅常數(shù)，該氣體的質(zhì)量和體積D. 該氣體的密度、體積和摩爾質(zhì)量二、填空題3339.冰的摩爾質(zhì)量為18 10 kg / mol ,冰的密度為0.9 10 kg/m ,那么冰分子的直 徑大約為。10 水的摩爾質(zhì)量為 0. 018kg mol J，則1cm3水中含有的水分子的個數(shù)是 ,1個水分子的質(zhì)量是。11. 由油滴實驗測得油酸分子的直徑為1.12X 10-9m，已知油酸的密度為6.37 X

18、102kg/m3。油酸的摩爾質(zhì)量為 282g/mol，由此求得阿伏加德羅常數(shù)為 。12. 鐵的密度是7。8 X 103kg/m3，有一小塊鐵的體積是 5.7X 10-8m3，這塊鐵中含有 個原子。13 .某種氣體摩爾質(zhì)量用 M表示，氣體體積用 V表示，分子數(shù)用n表示，分子體積 用V0表示，阿伏加德羅常數(shù)用 Na表示，現(xiàn)除了已知該氣體的密度為 p，還告訴了下列四 組數(shù)據(jù)：A. MB. M , NaC. V, nD. V,V0要估算該氣體分子間的平均距離，只要再知道一組數(shù)據(jù)即可，可行的辦法是選 組數(shù)據(jù)（填字母代號）。14.氣體分子的直徑為 d= 2X 10-10m，試估算標(biāo)準狀態(tài)下，相鄰氣體分子的

19、平均距離 L0與分子直徑的比值為 （取兩位有效數(shù)字）。三、計算題15 .黃金的密度為 19。3 g/cm3，摩爾質(zhì)量為197 g/mol。求：（1）黃金分子的質(zhì)量；（2）黃金分子的體積；（3）黃金分子的半徑。16 .在做“用油膜法測分子的大小”實驗時，油酸酒精溶液的濃度為每104ml溶液中有純油酸6mL ,用注射器測得1mL上述溶液有液滴75滴。把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里， 待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上， 在玻璃板上描出油酸膜的輪廓，隨后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀和尺寸如圖7. 1 - 1所示，坐標(biāo)中正方形小方格的邊長為1cm，問：7. 1 - 1油酸膜的面積是多少 cm2?(此問可直

20、接寫出答案)(2)每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？按以上數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑是多少？17.課題研究課題納米技術(shù)目的通過收集、查詢、討論有關(guān)納米技術(shù)的資料，了解納米技術(shù)在現(xiàn)實生活中的作 用以及對未來社會發(fā)展的影響，激發(fā)學(xué)生對新技術(shù)的興趣和熱情。問題1知道納米是長度單位，知道什么是納米技術(shù)，納米技術(shù)的研究對象是什么？2. 納米技術(shù)與掃描隧道顯微鏡。3. 納米技術(shù)在電子和通信方面的應(yīng)用。4. 納米技術(shù)在醫(yī)療和生命科學(xué)方面的應(yīng)用與展望。5我國在納米技術(shù)領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展前景。方法到圖書館查資料；上相關(guān)的網(wǎng)站查詢；收集資料信息討論交流。多維鏈接1. 阿伏加德羅(1776 - 1856

21、)意大利化學(xué)家、物理學(xué)家。1776年8月9日生于都靈市，出自于律師家庭。20歲時獲得法學(xué)博士學(xué)位, 做過多年律師。24歲起興趣轉(zhuǎn)到物理學(xué)和數(shù)學(xué)方面，后來成為都靈大學(xué)的物理學(xué)教授。阿伏加德羅的主要 貢獻是他于1811年提出了著名的阿伏加德羅假說，即在同一溫度、同一壓強下，相同體積的任何氣體所包 含的分子個數(shù)相同。根據(jù)這一假說可以得到下面的結(jié)果：在相同溫度相同壓強之下，任何兩種氣體的相對 分子質(zhì)量都與其氣體密度成正比。這樣相對分子質(zhì)量(或化學(xué)式量)就可以被直接測定了。但是由于當(dāng)時 阿伏加德羅沒有對他的假說提岀實驗證明，以致其假說不易被人接受。 直到1860年康尼扎羅用實驗論證并在卡爾斯魯厄化學(xué)會議

22、上予以闡述后，該假說才獲公認，成為現(xiàn)在的阿伏加德羅定律。2. 熱學(xué)中的分子模型在化學(xué)課中我們知道分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒，而在熱學(xué)研究中，分子、原子、離子遵循相同的熱運動規(guī)律，這與它們自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關(guān)。這樣我們將它們視為”小球”，并統(tǒng)稱為分子。3. 分子大小的估算用油膜法可以估算分子的大小，但問題是怎樣計算油膜的體積。為此，可采用以下方法：在水盤內(nèi)的水面上，先均勻撒上一層痱子粉，然后，再滴入油酸液滴，這樣油酸擴展開的邊緣形狀，就非常明顯了。在 水盤上方，放上玻璃板，用彩筆在其上畫下油酸膜的輪廓。將油酸膜輪廓放在坐標(biāo)紙上，就可算岀其面積S。注意：(1)坐標(biāo)紙上的小正方格邊長要測岀；(2)計算輪廓內(nèi)的正方格個數(shù)時，不足半個的舍去，多于半個的算一個。4. 納米技術(shù)納米是一個長度單位，符號是 nm, 1nm=1(m.般分子的直徑大約為 0.3 nm 0.4 nm，蛋白質(zhì)分子比 較大，可達幾十納米；病毒的大小為幾百