物理人教版選修3-3問題導(dǎo)學(xué)第七章第1節(jié)物體是由大量分子組成的

第1節(jié)物體是由大量分子組成的課堂合作探究問題導(dǎo)學(xué)一、油膜法估測分子的大小活動(dòng)與探究11．為什么用單分子油膜法可測分子直徑？2．怎樣測量一滴油酸溶液中所含油酸的體積？3．如何測量油膜的面積？遷移與應(yīng)用1在做用油膜法估測分子大小的實(shí)驗(yàn)中，油酸酒精溶液的配比約為每104mL溶液中有純油酸6mL。用注射器測得1mL上述溶液為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，用筆在玻璃板上描出油酸的輪廓，再把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀和尺寸如圖所示，坐標(biāo)中正方形方格的邊長為1cm。試求：（1）油酸膜的面積；（2）每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積；（3）按以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑。1．誤差分析（1）油酸酒精溶液的實(shí)際濃度和理論值間存在偏差；（2）一滴油酸酒精溶液的實(shí)際體積和理論值間存在偏差；（3）油酸在水面上的實(shí)際分布情況和理想中的“均勻”“單分子純油酸層”間存在偏差；（4）采用“互補(bǔ)法（即不足半個(gè)舍去，大于半個(gè)的算一個(gè)）”計(jì)算獲得的油膜面積與實(shí)際的油膜面積間存在偏差。2．分子的兩種模型對于固體和液體，分子間距離比較小，可以認(rèn)為分子是一個(gè)個(gè)緊挨著的，設(shè)分子體積為V0，則分子直徑d＝eq\r(3,\f(6V0,π))（球模型）。對于氣體，設(shè)每個(gè)氣體分子所占空間體積為V0，分子間距離比較大，處理方法是建立立方體模型，從而可計(jì)算出兩氣體分子之間的平均距離d＝eq\r(3,V0)。二、阿伏加德羅常數(shù)的應(yīng)用活動(dòng)與探究21．摩爾質(zhì)量與分子質(zhì)量的關(guān)系是什么？2．摩爾體積＝阿伏加德羅常數(shù)乘以分子體積，對于任何物質(zhì)都成立嗎？遷移與應(yīng)用2某種物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M，密度為ρ，若用NA表示阿伏加德羅常數(shù)，則：（1）每個(gè)分子的質(zhì)量是______；（2）1m3（3）1mol的這種物質(zhì)的體積是______；（4）平均每個(gè)分子所占據(jù)的空間是______。1．從阿伏加德羅常數(shù)上可以看出物體是由大量分子組成的。根據(jù)該常數(shù)可以計(jì)算出分子體積的數(shù)量級(jí)是10－29m3，分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí)約為10－2．結(jié)合阿伏加德羅常數(shù)可求一些微觀量。（1）一個(gè)分子的質(zhì)量：m0＝eq\f(M,NA)（2）一個(gè)分子的體積：V0＝eq\f(V,NA)＝eq\f(M,ρNA)（3）一摩爾物質(zhì)的體積：V＝eq\f(M,ρ)（4）單位質(zhì)量中所含分子數(shù)：n＝eq\f(NA,M)（5）單位體積中所含分子數(shù)：n′＝eq\f(ρNA,M)（6）分子間的距離（球模型）d＝eq\r(3,\f(6V,πNA))當(dāng)堂檢測1．用油膜法估測分子直徑實(shí)驗(yàn)的科學(xué)依據(jù)是（）A．將油膜看成單分子油膜B．不考慮油酸分子間的間隙C．考慮了油酸分子間的間隙D．將油酸分子看成球形2．采用油膜法估測分子的大小，需要測量的物理量是（）A．1滴油的質(zhì)量和它的密度B．1滴油的體積和它的密度C．1滴油的體積和它散成油膜穩(wěn)定時(shí)的面積D．所散成的油膜的厚度和它的密度3．已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的納米材料具有很多優(yōu)越性能，有著廣闊的應(yīng)用前景。棱長為1nm的立方體可容納液態(tài)氫分子（其直徑為10－10mA．102個(gè)B．103個(gè)C．106個(gè)D．109個(gè)4．已知水的摩爾質(zhì)量M＝18×10－3kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)取NA×1023mol－15．用油膜法估測分子大小的實(shí)驗(yàn)步驟如下：①向體積為V1的純油酸中不斷加入酒精，直到油酸酒精溶液總體積為V2；②用注射器吸取上述溶液，一滴一滴地滴入小量筒，當(dāng)?shù)稳雗滴時(shí)體積為V0；③先往邊長為30～40cm的淺盤里倒入約2cm深的水；④用注射器往水面上滴一滴上述油酸酒精溶液；⑤等油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的玻璃板放在淺盤上，并在玻璃板上描出油酸薄膜的輪廓；⑥將畫有油膜輪廓的玻璃板放在畫有許多邊長為a的小正方形的坐標(biāo)紙上，計(jì)算出油膜面積為Na2；⑦整理器材。上述實(shí)驗(yàn)操作過程中遺漏了一個(gè)什么步驟？油酸分子的直徑d是多少？答案：課堂·合作探究【問題導(dǎo)學(xué)】活動(dòng)與探究1：1．答案：一滴油酸滴到水面上，油酸在水面上充分散開形成單分子油膜。通常把分子看成是球形，這樣油膜的厚度就等于油酸分子的直徑，而油酸分子可理想化成一個(gè)挨一個(gè)地排列的。實(shí)驗(yàn)時(shí)測出油滴的體積V，再測出油膜的面積S，就可估算出油酸分子的直徑d＝V/S。2．答案：先配制一定濃度的油酸酒精溶液，用注射器或滴管將事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)增加一定體積（例如1mL）時(shí)的滴數(shù)，從而可算出一滴溶液的體積，再結(jié)合溶液的濃度就可以計(jì)算出一滴溶液中所含純油酸的體積。3．答案：（1）在淺盤中裝入2cm深的水，然后將痱子粉或細(xì)石膏粉均勻地撒在水面上。（2）將一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將薄膜的形狀描畫在玻璃板上。（3）將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，數(shù)出輪廓內(nèi)的方格數(shù)（不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè)），再根據(jù)方格的個(gè)數(shù)求出油膜的面積S。遷移與應(yīng)用1：答案：（1）106cm2（2）8×10－6mL×10－10解析：（1）由題圖知，其中正方形方格87個(gè)，補(bǔ)償法近似處理，可補(bǔ)19個(gè)整小方格，實(shí)際占小方格（87＋19）個(gè)＝106個(gè)，那么油膜面積S＝106×1cm2＝106cm2。（2）由1mL溶液中有75滴，1滴溶液的體積為eq\f(1,75)mL，又每104mL溶液中有純油酸6mL，eq\f(1,75)mL溶液中純油酸的體積V＝eq\f(6×\f(1,75),104)mL＝8×10－6mL。（3）油酸分子直徑d＝eq\f(V,S)＝eq\f(8×10－6,106)×10－8cm×10－10m?；顒?dòng)與探究2：1．答案：摩爾質(zhì)量＝阿伏加德羅常數(shù)乘以一個(gè)分子質(zhì)量。2．答案：不是。因?yàn)楣腆w和液體可忽略分子間隙，故公式只對固體和液體成立，對氣體不成立。對氣體而言應(yīng)為摩爾體積＝阿伏加德羅常數(shù)乘以一個(gè)分子占有體積。遷移與應(yīng)用2：答案：（1）eq\f(M,NA)（2）eq\f(ρNA,M)（3）eq\f(M,ρ)（4）eq\f(M,ρNA)解析：（1）每個(gè)分子的質(zhì)量等于摩爾質(zhì)量與阿伏加德羅常數(shù)的比值，即m0＝eq\f(M,NA)。（2）1m3的物質(zhì)中含有的分子的物質(zhì)的量為：n＝eq\f(1,\f(M,ρ))＝eq\f(ρ,M)，故1m3的物質(zhì)中含有的分子數(shù)為：n·NA＝eq\f(ρNA,M)。（3）1mol物質(zhì)的體積，即摩爾體積V＝eq\f(M,ρ)。（4）平均每個(gè)分子所占據(jù)的空間是摩爾體積與阿伏加德羅常數(shù)的比值，即V0＝eq\f(V,NA)＝eq\f(M,ρNA)?！井?dāng)堂檢測】1．ABD解析：該實(shí)驗(yàn)的原理就是把油酸分子視為球形，且認(rèn)為是一個(gè)一個(gè)緊挨著單層分布，不考慮分子間隙，故A、B、D選項(xiàng)正確。2．C解析：油膜法估測分子大小的原理為：d＝eq\f(V,S)，只需測量1滴油的體積和它散成油膜穩(wěn)定時(shí)的面積（單分子油膜）。3．B解析：1nm＝10－9m，則棱長為1nm的立方體的體積為V＝（10－9）3m3＝10－27m3。估算時(shí)，可將液態(tài)氫分子看做棱長為10－10m的小立方體，則每個(gè)氫分子的體積V0＝（10－10）3m3＝10－30m3，所以可容納的液態(tài)氫分子個(gè)數(shù)N＝eq\4．答案：×10－26kg×10－解析：水分子的質(zhì)量m0＝eq\f(M,NA)＝eq\f(18×10－3,×1023)×10－26kg由水的摩爾質(zhì)量M和密度ρ，可得水的摩爾體積V＝eq\f(M,ρ)把水分子看做是一個(gè)緊挨一個(gè)排列的小球，1個(gè)水分子的體積為V0＝eq\f(V,NA)＝eq\f(M,ρNA)＝eq\f(18×10－3,×103××1023)m3×10－29m3每個(gè)水分子的直徑為d＝eq\r(3,\f(6V0,