專題15-1-分子動理論【講】【學(xué)生版】

專題15.1分子動理論【講】目錄TOC\o"1-3"\h\u一講核心素養(yǎng) 1二講必備知識 1【知識點一】物體是由大量分子組成的 1【知識點二】分子永不停息的做無規(guī)則運動 4【知識點三】分子力與分子勢能 6三．講關(guān)鍵能力會用油膜法估測油酸分子的大小 9一講核心素養(yǎng)物理觀念：布朗運動、內(nèi)能、擴(kuò)散現(xiàn)象。1.了解擴(kuò)散現(xiàn)象并能解釋布朗運動.2.了解物體內(nèi)能的決定因素.科學(xué)思維：分子動理論“油膜法”。1.掌握分子模型的構(gòu)建與分子直徑的估算方法，了解分子動理論的基本觀點.2.知道分子力隨分子間距離變化的圖象3.科學(xué)探究：通過實驗，估測油酸分子的大小。二講必備知識【知識點一】物體是由大量分子組成的1．宏觀量與微觀量之間的關(guān)系宏觀量橋梁微觀量摩爾質(zhì)量Mmol阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.02×1023mol－1分子的質(zhì)量：m0＝eq\f(Mmol,NA)＝eq\f(ρVmol,NA)摩爾體積Vmol分子的體積：V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(Mmol,ρNA)(固體、液體)對氣體，V0為分子所占空間物質(zhì)的量n＝eq\f(m,Mmol)＝eq\f(V,Vmol)分子數(shù)：N＝n·NA2．分子模型固體、液體固體、液體分子一個一個緊密排列，可將分子看成球形或立方體形分子直徑d＝eq\r(3,\f(6V,π))(球體模型)或d＝eq\r(3,V)(立方體模型)氣體氣體分子不是一個一個緊密排列的，它們之間的距離很大，所以V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(Mmol,ρNA)不是氣體分子的體積，而是分子所占有的平均空間。分子間距d＝eq\r(3,V)【例1】(2021·江蘇泰州市5月第二次模擬)水的密度ρ＝1.0×103kg/m3、摩爾質(zhì)量M＝1.8×10－2kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)為NA＝6.02×1023mol－1，一滴露水的體積大約是9.0×10－8cm3，它含有__________個水分子，如果一只極小的蟲子來喝水，每分鐘喝進(jìn)9.0×107個水分子時，喝進(jìn)水的質(zhì)量是__________kg。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維?！炯记煽偨Y(jié)】1．求解分子直徑時的兩種模型(固體和液體)(1)把分子看成球形，d＝eq\r(3,\f(6V0,π))。(2)把分子看成小立方體，d＝eq\r(3,V0)。[注意]對于氣體，利用d＝eq\r(3,V0)算出的不是分子直徑，而是氣體分子間的平均距離。2．宏觀量與微觀量的相互關(guān)系(1)微觀量：分子體積V0、分子直徑d、分子質(zhì)量m0等。(2)宏觀量：物體的體積V、密度ρ、質(zhì)量m、摩爾質(zhì)量M、摩爾體積Vmol、物質(zhì)的量n等。(3)相互關(guān)系①一個分子的質(zhì)量：m0＝eq\f(M,NA)＝eq\f(ρVmol,NA)。②一個分子的體積：V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(M,ρNA)(估算固體、液體分子的體積或氣體分子所占空間體積)。③物體所含的分子數(shù)：N＝n·NA＝eq\f(m,M)·NA＝eq\f(V,Vmol)·NA?！咀兪接?xùn)練1】(多選)(2021·武漢模擬)若以V表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的摩爾體積，ρ表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的密度，M表示水的摩爾質(zhì)量，M0表示一個水分子的質(zhì)量；V0表示一個水分子的體積，NA表示阿伏加德羅常數(shù)，則下列關(guān)系式中正確的是()A．V＝eq\f(M,ρ)B．V0＝eq\f(V,NA)C．M0＝eq\f(M,NA)D．ρ＝eq\f(M,NAV0)E．NA＝eq\f(ρV,M0)【變式訓(xùn)練2】．空調(diào)在制冷過程中，室內(nèi)空氣中的水蒸氣接觸蒸發(fā)器(銅管)液化成水，經(jīng)排水管排走，空氣中水分越來越少，人會感覺干燥。某空調(diào)工作一段時間后，排出液化水的體積V＝1.0×103cm3。已知水的密度ρ＝1.0×103kg/m3、摩爾質(zhì)量M＝1.8×10－2kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.0×1023mol－1。試求：(結(jié)果均保留一位有效數(shù)字)(1)該液化水中含有水分子的總數(shù)N；(2)一個水分子的直徑d?！局R點二】分子永不停息的做無規(guī)則運動擴(kuò)散現(xiàn)象布朗運動實驗圖定義不同物質(zhì)能夠彼此進(jìn)入對方的現(xiàn)象叫做擴(kuò)散。懸浮在液體中的小顆粒的永不停息地?zé)o規(guī)則運動叫做布朗運動。條件分子不停的做無規(guī)則運動及分子間有空隙。顆粒足夠小，肉眼看不見，使用光學(xué)顯微鏡觀察現(xiàn)象溫度越高，擴(kuò)散現(xiàn)象越明顯。永不停息，無規(guī)則；顆粒越小，溫度越高，布朗運動越明顯。（注意：實驗中描繪的是顆粒每隔30s的位置連線，不是運動軌跡。）原因分子不停的做無規(guī)則運動及分子間有空隙。擴(kuò)散現(xiàn)象并不是外界作用引起的，也不是化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，而是由物質(zhì)分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。布朗運動的無規(guī)則性是液體(氣體)分子運動無規(guī)則性的反映；溫度越高，分子運動越劇烈；顆粒越小，撞擊的分子數(shù)目越少，分子運動越不平衡，布朗運動越明顯。實質(zhì)擴(kuò)散現(xiàn)象并不是外界作用引起的，也不是化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，而是由物質(zhì)分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。布朗運動是由成千上萬個分子組成的“分子集團(tuán)”即固體顆粒的運動，間接反映液體(氣體)分子的運動?！纠?】[2021·1月重慶市學(xué)業(yè)水平選擇性考試適應(yīng)性測試，15(1)]以下現(xiàn)象中，主要是由分子熱運動引起的是()A.菜籽油滴入水中后會漂浮在水面B.含有泥沙的渾水經(jīng)過一段時間會變清C.密閉容器內(nèi)懸浮在水中的花粉顆粒移動D.荷葉上水珠成球形【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念?！咀兪接?xùn)練1】(2021·北京市昌平區(qū)二模練習(xí))某同學(xué)在顯微鏡下觀察水中懸浮的花粉微粒的運動。他把小微粒每隔一定時間的位置記錄在坐標(biāo)紙上，如圖所示。則該圖反映了()A.液體分子的運動軌跡B.花粉微粒的運動軌跡C.每隔一定時間花粉微粒的位置D.每隔一定時間液體分子的位置【變式訓(xùn)練2】(多選)在沒有外界影響的情況下，密閉容器內(nèi)的理想氣體靜置足夠長的時間后，該氣體()A.分子的無規(guī)則運動停息下來B.每個分子的速度大小均相等C.分子的平均動能保持不變D.分子的密集程度保持不變【知識點三】分子力與分子勢能名稱項目分子間的相互作用力F分子勢能Ep與分子間距的關(guān)系圖像隨分子間距的變化情況r<r0F引和F斥都隨距離的增大而減小，隨距離的減小而增大，F(xiàn)引<F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為斥力r增大，斥力做正功，分子勢能減少r減小，斥力做負(fù)功，分子勢能增加r>r0F引和F斥都隨距離的增大而減小，隨距離的減小而增大，F(xiàn)引>F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為引力r增大，引力做負(fù)功，分子勢能增加r減小，引力做正功，分子勢能減少r＝r0F引＝F斥，F(xiàn)＝0分子勢能最小，但不為零r>10r0(10－9m)F引和F斥都已十分微弱，可以認(rèn)為分子間沒有相互作用力分子勢能為零面積與斜率面積：分子力做的功斜率：分子力5．判斷分勢能的變化有兩種方法(1)看分子力的做功情況。(2)直接由分子勢能與分子間距離的關(guān)系圖線判斷，但要注意其和分子力與分子間距離的關(guān)系圖線的區(qū)別。記住一個位置分子勢能最?。ú粸榱悖覟樨?fù)）——平衡位置；兩個位置分子勢能為零——無窮遠(yuǎn)處和小于r0處。分子力為零，分子勢能不為零，最小且為負(fù)。【例3】[2020·全國卷Ⅰ，33(1)]分子間作用力F與分子間距r的關(guān)系如圖所示，r＝r1時，F(xiàn)＝0。分子間勢能由r決定，規(guī)定兩分子相距無窮遠(yuǎn)時分子間的勢能為零。若一分子固定于原點O，另一分子從距O點很遠(yuǎn)處向O點運動，在兩分子間距減小到r2的過程中，勢能________(填“減小”“不變”或“增大”)；在間距由r2減小到r1的過程中，勢能________(填“減小”“不變”或“增大”)；在間距等于r1處，勢能________(填“大于”“等于”或“小于”)零?！舅仞B(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維?！疽?guī)律方法】分子力及分子勢能圖象分子力F分子勢能Ep圖象隨分子間距離的變化情況r<r0F隨r增大而減小，表現(xiàn)為斥力r增大，F(xiàn)做正功，Ep減小r>r0r增大，F(xiàn)先增大后減小，表現(xiàn)為引力r增大，F(xiàn)做負(fù)功，Ep增大r＝r0F引＝F斥，F(xiàn)＝0Ep最小，但不為零r>10r0引力和斥力都很微弱，F(xiàn)＝0Ep＝0【變式訓(xùn)練1】(多選)(2021·山東濟(jì)南市5月高考模擬)(多選)兩分子間的斥力和引力的合力F與分子間距離r的關(guān)系如圖中曲線所示，曲線與r軸交點的橫坐標(biāo)為r0。相距很遠(yuǎn)的兩分子在分子力作用下，由靜止開始相互接近。若兩分子相距無窮遠(yuǎn)時分子勢能為零，下列說法正確的是()A．在r>r0階段，F(xiàn)做正功，分子動能增加，勢能減小B．在r<r0階段，F(xiàn)做負(fù)功，分子動能減小，勢能也減小C．在r＝r0時，分子勢能最小，動能最大D．在r＝r0時，分子勢能為零E．分子動能和勢能之和在整個過程中不變【變式訓(xùn)練2】由于水的表面張力，荷葉上的小水滴總是球形的。在小水滴表面層中，水分子之間的相互作用總體上表現(xiàn)為__________(選填“引力”或“斥力”)。分子勢能Ep和分子間距離r的關(guān)系圖像如圖7所示，能總體上反映小水滴表面層中水分子勢能Ep的是圖中__________(選填“A”“B”或“C”)的位置。【例4】(多選)(2021·湖南邵陽二模)熱學(xué)現(xiàn)象在生活中無處不在，下列與此有關(guān)的分析正確的是()A．固體很難被壓縮是因為分子之間有斥力B．物體吸收熱量，其內(nèi)能一定增加C．溫度高的物體，其內(nèi)能一定大D．氣體在對外做功的過程中，其內(nèi)能可能增加E．中午聞到食堂炒菜的香味是因為分子的運動【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維?！疽?guī)律方法】分析物體內(nèi)能問題的四點提醒(1)內(nèi)能是對物體的大量分子而言的，不存在某個分子內(nèi)能的說法。(2)決定內(nèi)能大小的因素為溫度、體積、物質(zhì)的量以及物質(zhì)狀態(tài)。(3)通過做功或熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能。(4)溫度是分子平均動能的標(biāo)志，相同溫度的任何物體，分子的平均動能相同?！咀兪接?xùn)練1】(多選)對于實際的氣體，下列說法正確的是()A.氣體的內(nèi)能包括氣體分子的重力勢能B.氣體的內(nèi)能包括氣體分子之間相互作用的勢能C.氣體的內(nèi)能包括氣體整體運動的動能D.氣體的體積變化時，其內(nèi)能可能不變E.氣體的內(nèi)能包括氣體分子熱運動的動能【變式訓(xùn)練2】(多選)關(guān)于氣體的內(nèi)能，下列說法正確的是()A．質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能一定相同B．氣體溫度不變，整體運動速度越大，其內(nèi)能越大C．氣體被壓縮時，內(nèi)能可能不變D．一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)E．一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中，內(nèi)能一定增加三．講關(guān)鍵能力會用油膜法估測油酸分子的大小1.實驗原理實驗采用使油酸在水面上形成一層單分子油膜的方法估測分子的大小。當(dāng)把一滴用酒精稀釋過的油酸滴在水面上時，油酸酒精溶液就在水面上散開，其中的酒精溶于水，并很快揮發(fā)，在水面上形成如圖甲所示形狀的一層純油酸薄膜。如果算出一定體積的油酸酒精溶液在水面上形成的單分子油膜的面積，即可算出油酸分子的大小。用V表示一滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積，用S表示單分子油膜的面積，用d表示分子的直徑，如圖乙所示，則d＝eq\f(V,S)。2.實驗器材盛水淺盤、注射器(或滴管)、容量瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉(或細(xì)石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩筆。3.實驗步驟(1)用稀酒精溶液及清水清洗淺盤，充分洗去油污、粉塵，以免給實驗帶來誤差。(2)配制油酸酒精溶液，取純油酸1mL，注入500mL的容量瓶中，然后向容量瓶內(nèi)注入酒精，直到液面達(dá)到500mL刻度線為止，搖動容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中，這樣就得到了500mL含1mL純油酸的油酸酒精溶液。(3)用注射器(或滴管)將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并記下量筒內(nèi)增加一定體積Vn時的滴數(shù)n。(4)根據(jù)V0＝eq\f(Vn,n)算出每滴油酸酒精溶液的體積V0。(5)向淺盤里倒入約2cm深的水，并將痱子粉或細(xì)石膏粉均勻地撒在水面上。(6)用注射器(或滴管)將一滴油酸酒精溶液滴在水面上。(7)待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，并將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上。(8)將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S(求面積時以坐標(biāo)紙上邊長為1cm的正方形為單位計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個)。(9)根據(jù)油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V，并代入公式d＝eq\f(V,S)算出油酸薄膜的厚度d。(10)重復(fù)以上實驗步驟，多測幾次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即為油酸分子直徑的大小。4.注意事項(1)注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1cm之內(nèi)，當(dāng)針頭靠水面很近(油酸未滴下之前)時，會發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開，這是針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果。(2)待測油酸薄膜擴(kuò)散后又會收縮，要在油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后再畫輪廓。擴(kuò)散后又收縮有兩個原因：①水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復(fù)；②酒精揮發(fā)后液面收縮。(3)當(dāng)重做實驗時，將水從淺盤的一側(cè)邊緣倒出，在這側(cè)邊緣會殘留油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去，再用清水沖洗，這樣做可保持淺盤的清潔。(4)本實驗只要求估測分子的大小，實驗結(jié)果的數(shù)量級符合要求即可?！纠?】(2021·安徽蚌埠市第二次質(zhì)檢)在做“用油膜法估測分子的大小”實驗時，在每200mL油酸酒精溶液中有純油酸1mL，實驗中利用注射器測出200滴該溶液的體積為1mL，已知1滴該溶液滴入淺水盤中最終形成的油膜面積為175cm2，則油酸分子大小約為__________m(保留3位有效數(shù)字)。在該實驗中，液體表面的張力使液滴從針頭滴落時呈現(xiàn)球狀，則液體表層分子間作用力表現(xiàn)為__________(填“引力”或“斥力”)，分子間距離__________(填“大于”“等于”或“小于”)液體內(nèi)分子的平衡距離。【變式訓(xùn)練1】用油膜法估算分子大小的實驗中，首先需將純油酸稀釋成一定濃度的油酸酒精溶液，稀釋的目的是_______________________________________________________