1 / 17第七章 固体、液体和气体的性质本章学习提要1知道固体和液体的微观结构；知道晶体和非晶体的区别。2知道表面张力和毛细现象。了解新材料的应用和发展前景。3掌握理想气体的状态方程。本章学习的固体和液体的性质是对物质状态、结构和性质的认识在原有基础上的拓宽，理想气体的状态方程是基础型课程中讨论的气体实验定律的延伸和拓展。本章重点是理想气体的状态方程，因为理想气体的状态方程是气体性质中的核心规律，在该方程的建立和应用中还包含了许多重要的物理方法，例如引入理想气体模型，把实际问题理想化的方法；根据气体实验定律推导出理想气体状态方程所用的科学推理方法等。通过学习新材料的有关知识，了解新材料的应用和发展前景，感悟科技与社会发展的密切广西关系。A 固体的基本性质一、学习要求知道固体的微观结构；* 知道晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别；知道分子间的相互作用力跟分子间的距离有关。感受从物质微观结构和微观粒子的运动来研究其宏观性质的研究方法，认识运用物理模型研究分子间相互作用的意义。通过碳-60 的发现及其广阔的应用前景，领略科技发展对经济建设的重要作用。二、要点辨析1从分子动理论角度看固体、液体和气体的异同点本章教材引言中指出了研究固体、液体和气体的性质是基于分子动理论，即分子的无规则运动有使物质离散的作用，而分子的相互作用力又有使物质聚集的作用。两种因素相互制约的结果呈现了不同的物态。固体分子间距离较小，分子只能在其平衡位置附近振动，因而有一定的体积和形状；液体分子间距离比固体大些，因而分子可以移动，有一定的体积而无一定的形状；气体分子间距离较大，分子间作用力很小，因而它们可以在空间自由运动，气体没有一定的体积和形状。Comment jf1: D2 / 172分子间为什么同时存在引力和斥力呢在“分子间的相互作用力”的学习中可能会产生一个疑问：分子间为什么同时存在着引力和斥力呢？大家知道，分子是由原子构成的，而原子是由原子核和电子组成的。原子核带正电，电子带负电，原子中电子的总电荷量与原子核的总电荷量是相等的，因而分子都处于电中性状态，对外是不显电性的。当两个分子相互靠近时异号电荷之间产生吸引力，同号电荷之间产生排斥力，这就是分子同时存在引力和斥力的道理。两个分子刚开始靠近时每个分子上的电荷受到扰动而稍微离开它们的正常位置。两个分子中异号电荷之间的吸引作用超过同号电荷之间的排斥作用，因此分子之间的作用力在总体上表现为引力。如果两个分子进一步靠近，以致它们的外层电子相斥作用变得显著，这时分子间的作用力就表现为排斥力。3晶体与非晶体的比较对于晶体和非晶体教材重点从几何形状和物理性质上作了区别，在数学上可以证明正多面体只有五种（正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体和正二十面体） ，但在自然界中可以找到的正多面体只有正四面体、正六面体和正八面体，找不到正十二面体和正二十面体，然而许多晶体并非正多面体，如课本上的石英晶体，它是由三角形和矩形等多边形组成，因此晶体的外形是丰富多彩的。教材中关于晶体和非晶体的区别，也提出了它们在熔化过程中的区别。图 7-1显示了晶体大苏打和非晶体石蜡，在加热时从固态变为液态过程中温度升高的不同，表明晶体在熔化时温度保持不变。晶体与非晶体除了教材中提到的导热性能和力学性能上的区别外，还有晶体在不同方向上有不同的弹性，不同的折光性，而非晶体则没有。此外，晶体还具有最小内能性，同一种化学成分的物质，处在气态、液态、非晶态和晶态时，以晶态时的内能为最小，所以非晶体有自发向晶体转变的趋势。三、例题分析【示例】已知两个分子之间的距离为 r0（约为 10-10m）时，分子间的作用力恰为零。那么，两个分子从远大于 r0处逐渐靠近到小于 r0的过程中，下列说法中正确的是（ ）（A）分子间的相互作用力在逐渐增大；分子势能在逐渐增大。（B）分子间的相互作用力先减小，后增大；分子努能先减小后增大。（C ）分子间的作用力先增大，后减小；分子势能先减小后增大。（D）分子间的相互作用力先增大，后减小，再增大；分子势能先减小后增大，【分析】这个问题的解答有一定的复杂性，它既涉及到分子力的大小，而且还涉及分子作用力是吸引力还是排斥力，必须分开来考虑。【解答】从课本上图 7-7可以看出：距离 r0是作用力方向的唯一的一个转折点，但不是作用力大小的唯一的转折点。当两个分子从远大于 r0处向 r0处逐渐靠近时，作用力表现为引力。先逐渐增大，后逐渐减小，在 r0处变为零。小于 r0时作用力表现为斥力，又逐渐Comment jf2: ABComment jf3: CComment jf4: 规则排列Comment jf5: 玻璃，云母，各向同性，各向异性。Comment jf6: 石英、云母、食盐、明矾、铜、硫酸铜、大理石、花岗石。Comment jf7: 不一定，如多晶体的铜、铁等也是各向同性的。Comment jf8: 晶体、非晶体与多晶体的区别见下列表格晶体 非晶体 多晶体外形 有规则的几何外形 没有一定的外形 没有一定的外形熔点 一定 没有一定的熔点 一定物理性质 各向异性 各向同性 各向同性Comment jf9: 是晶体，由水蒸气凝华形成的，各种雪花图案的共同特征是都呈六角对称形状；观察冰晶结果略3 / 17增大，正确的解答是：相互作用力的大小，先增大，后减小，再增大。分子势能的变化要从做功角度来分析。从远大于 r0处向 r0位置移动时，均为引力做功，分子势能总是减小的；当距离小于 r0时要克服分子斥力做功，分子势能会增大。因此正确的解答是：分子势能先减小，后增大。本题正确的答案是（D） 。四、基本训练1 关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是（ ）（A）晶体外形具有天然的有规则几何形状，非晶体没有天然的有规则几何形状（B）晶体在导热性、机械强度、折光性、导电性等物理性质上表现为各向异性，非晶体表现为各向同性（C ）由于多晶体由单晶体组成，所以多晶体也显示出各向异性的特点（D）雪花、冰、玻璃、金刚石都有一定的几何形状，它们都是晶体2 下列关于晶体与非晶体的判断正确的是（ ）（A）橡胶切成有规则几何形状时具有晶体的性质（B）石英晶体打碎后就变成了非晶体（C ）非晶体没有一定的凝固点（D）凡是晶体无论是单晶体还是多晶体都有各向异性的特点3 晶体都呈现天然规则的多面体外形，是由于组成晶体的分子在空间_的结果。4 取一片很薄的云母片和很薄的玻璃片，用它们做导热性实验，结果蜡层熔化后，形状为圆形的是_片，形状为椭圆的是_片，呈圆形的这种特性叫做_，呈椭圆形的这种性质叫做_。5 石英、玻璃、云母、松香、食盐、明矾、石蜡、铜、硫酸铜、大理石、花岗石、橡胶中属于晶体的有_。6 如果一种材料具有各向同性的性质，这种材料一定是非晶体吗？举例说明。7 晶体和非晶体有哪些不同？多晶体和非晶体的性质都是各向同性的，那么如何区分呢？8 右图是各种雪花的图样。试说明雪花是不是晶体？它是怎样形成的？它们有什么共同的特征？观察家里冰箱冷冻室中食品表面的冰晶，它与雪花有什么相似与不同之处？Comment jf10: DComment jf11: 晶体；非晶体；晶体在一定条件下可转化为非晶体。Comment jf12: 60；特别稳定，不导电，可承受高压力。Comment jf13: 该题为开放题，不能放任自流，建议在班级里开没“巴基球”专栏进行专题交流。Comment jf14: 该题的实验由课代表组织，全班学生共同参与，集体完成。4 / 179 关于晶体与非晶体下列说法中正确的是（ ）（A）晶体的分子都呈规则整齐排列，处于静止状态（B）晶体在熔化时内能是不变的（C ）非晶体可以通过加工切割成晶体（D）非晶体没有明显的液态和固态的界限10 天然水晶是_（填“晶体”或“非晶体 ） ，熔化后凝结成石英玻璃是_（填“晶体”或“非晶体 ） ，这说明_。11 巴基球是由_个碳原子组成的，它的主要特性是_。 （写出 3点）12 查阅杂志、科普读物、网络上的资料，了解“巴基球 有哪些用途？13 【小实验 】用明矾培养晶体。具体步骤是：将 100 g明矾加入水中，容器在温度不太高的热源上缓慢地加热，直到明矾全部溶解，然后再加明矾继续加热，到不能再溶解为止，制成明矾的饱和溶液。取少量饱和溶液倒入盘子中，放置 3天。把剩下的溶液保存在干净、带盖的罐中。取盘子中一小块晶体（种晶） ，系上细线，将其悬挂在罐中的饱和溶液内（如图所示） 。经过一段时间，溶液就会慢慢结晶。 （整个实验过程大约需三周时间）B 液体的基本性质一、学习要求知道液体的微观结构，了解液体和固体微观结构的区别。*知道表面张力及其产生的原因。*知道毛细现象。通过*“观察液体的表面张力现象和毛细现象”的实验，经历利用给定的器材进行实验 5 / 17观察、收集证据、交流讨论、归纳得出结论的探索过程。通过对表面张力现象成因的分析，感受对客观事物从现象到本质的认识过程。表面张力、毛细现象与生命科学都有一定的联系，了解它们之间的联系，感悟学科间横向联系对科技发展的重要意义。二、要点辨析1液体与固体微观结构及宏观表现的比较上节中从微观结构的特点，讨论了固体的一些宏观性质。现将液体的微观结构及宏观表现与固体作一比较。微观结构 宏观表现相同 不同 共同点 不同点固体（晶体）分子排列整齐，有确定的平衡位置无流动性各向异性液体分子间距离约为 r0，有较强的作用力，分子在平衡位置附近振动 分子排列不整齐，无确定的平衡位置有一定的体积，不易被压缩有流动性各向同性2如何在实验中观察到表面张力现象除了课本上的实验之外，还可以通过其他实验观察到表面张力现象。（1 ）如图 7-2 所示是显示液体存在表面张力的另一个有趣的实验。把一个棉线圈 p 系在金属丝做的环上，然后蘸上肥皂膜，这耐棉线圈处在松弛状态如图 7 - 3（a）。用热针刺破棉线圈里的肥皂膜，结果出现如图（b）那样的情况，棉线圈变成一个圆形。这是由于棉线圈外皂液收缩，使棉线圈张紧的缘故。这个实验表明，液体表面有收缩的趋势。（2 ）建议大家还可以做两个有关表面张力的实验，图 7-3（a）将毛笔浸在水中观察到笔毛是发散状的。当毛笔提出水面后，笔毛就收缩起来，这表明水的表面有收缩的趋势，又如图（b ）所示，在涂有蜡的玻璃表面上，放上几颗小冰晶。当冰融化为水时，变成为一颗颗的球形小水珠。这也是水的表面收缩造成的。Comment jf15: CComment jf16: DComment jf17: B6 / 17三、例题分析【示例】在医院里需要抽血检验时，护士先用小针将手指刺破，然后用一根细玻璃管接触血滴，可以发现血液很快就升入细管内如图 7-4（a）。这是利用了什么原理？【分析】可以利用毛细现象的原理解释这个问题。【解答】玻璃管壁对血液是浸润的，也就是玻璃分子对血液分子的吸引力大于血液内部分子的吸引力，因此血液与玻璃管壁的附着处产生凹弯月面，如图 7-4（b）所示。表面张力使液体有向上收缩的趋势，于是血液就在玻璃管内上升，直到细管内血液的重力 G与表面张力的合力 F相等时，就处于平衡状态，血液就停止在一定的高度，管子越细，则需要更高的血液液柱才能与表面张力相平衡，因此越细的管子血液上升得越高。四、基本训练1 关于液体的微观结构下列说法中正确的是（ ）（A）液体分子间距离很大，相互作用力很弱（B）液体分子在杂乱无章地运动，无任何规律性（C ）液体分子在振动，但无确定的平衡值置（D）液体分子排