第七章 分子动理论 情景切入 我们生活的世界绚丽多彩 构成这个世界的是千差万别的物质 各种物质都是由分子组成的 分子是用肉眼看不到 用手摸不着的 但现实生活与分子运动相关的现象到处可见 我们可以闻到花的香味 这是分子运动的结果 物质能够聚在一起而不散开 这是分子间作用力的表现 这一章我们就来学习涉及微观世界的运动理论 分子动理论 知识导航 本章介绍分子动理论的基本观点 它的主要内容是 物体是由大量分子组成的 分子在做永不停息的无规则运动 分子之间存在着引力和斥力 本章知识共五节 整体分为两部分 第一部分包括第一节至第三节 是从微观上用分子动理论的观点认识热现象 阐述分子动理论的内容 第二部分包括第四节和第五节 是从宏观上用能量的观点认识热现象 本章重点 分子动理论的基本内容 本章难点 分子模型的建立和对分子力的理解 学法指导 由于分子是看不见的 因此在学习这部分内容时要特别注意通过一些客观过程去理解微观状态 这对我们思维能力和想象力的发展是有好处的 从能量的观点来研究问题是物理学中最重要的方法之一 本章将在初中的基础上进一步学习内能 内能和我们常见的机械能是不一样的 它是由物体内分子的热运动和分子间相对位置而决定的能量 学习时要抓住内能的含义加以理解 学习本章知识要应用类比方法 例如 将分子力做功与分子势能的变化 类比为弹力做功与弹性势能的变化 这样就可以把微观的研究对象宏观化 第一节物体是由大量分子组成的 课前预习 1 分子物体是由 组成的 在热学中 组成物质的微观粒子统称为 2 油膜法估测分子直径 1 原理 把一滴油酸酒精溶液滴在水面上 在水面上形成油酸薄膜 认为薄膜是由 油酸分子组成的 并把油酸分子简化成 油膜的 认为是油酸分子的直径 2 计算 如果油酸的体积为V 油膜的面积为S 则分子的直径d 忽略分子间的空隙 3 分子的大小除了一些有机物质的大分子外 多数分子大小的数量级为 m 分子的大小 大量分子 分子 单层的 球形 厚度 10 10 1 概念1mol的任何物质都含有 粒子数 这个数量用 常数表示 2 数值阿伏加德罗常数通常可取NA 在粗略计算中可取NA 3 意义阿伏加德罗常数是一个重要的常数 是联系宏观量与微观量的桥梁 它把 摩尔体积这些宏观物理量与分子质量 等微观物理量联系起来 阿伏加德罗常数 相同的 阿伏加德罗 6 02 1023mol 1 6 0 1023mol 1 摩尔质量 分子大小 判一判 1 油酸分子的形状是球形 2 所有分子的直径都相同 3 油膜法测定分子大小的方法是利用宏观量测定微观量的方法 4 1mol氧气和1mol水所含的粒子数相等 5 若已知阿伏加德罗常数和铜的摩尔体积和密度 就可以估算出铜分子质量 选一选 多选 用油膜法估测分子的大小 实验的科学依据是 A 将油酸形成的膜看成单分子油膜B 不考虑各油酸分子间的间隙C 考虑了各油酸分子间的间隙D 将油酸分子看成球形解析 实验中油酸的直径是用油酸的体积除以油膜的面积来计算 所以实验的科学依据是将油膜看成单分子油膜 不考虑油酸分子间的间隙 并把油酸分子看成球形 所以A B D正确 C错误 ABD 想一想 用筷子滴一滴水 体积约为0 1cm3 这一滴水中含有水分子的个数大约是多少 阿伏加德罗常数NA 6 1023mol 1 水的摩尔体积为Vmol 18cm3 mol 答案 3 1021个 课内探究 我们喝一口水大约喝下6 0 1023个水分子 如果动用全世界60亿人来数这些分子 每人每秒数一个 300万年也数不完 可见 分子是极小的 这么小的分子我们可以通过什么途径估测它的大小呢 提示 油膜法 探究一用油膜法估测分子的直径 6 注意事项 1 痱子粉不要撒得太多 只要能够帮助看清油膜边界即可 2 滴入油酸溶液时 一定要细心 不要一下滴得太多 使油膜的面积过大 3 待测油酸面扩散后又收缩 要在稳定后再画轮廊 扩散后又收缩有两个原因 第一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复 第二是酒精挥发后液面收缩 4 利用坐标纸求油膜面积时 以边长1cm的正方形为单位 计算轮廓内正方形的个数时 大于半个的均算一个 5 当重做实验时 水从盘的一侧边缘倒出 在这侧面会残留油酸 用少量酒精清洗 并用脱脂棉擦去再用清水冲洗 这样可保持盘的清洁 7 误差分析 1 由于我们是采用间接测量的方式测量分子的直径 实验室中配制的酒精溶液的浓度 油酸在水面展开的程度 油酸面积的计算都直接影响测量的准确程度 2 虽然分子直径的数量级应在10 10m 但中学阶段 对于本实验只要能测出油酸分子直径的数量级在10 10m左右即可认为是成功的 1 油酸膜的面积是 m2 2 根据上述数据 估测出油酸分子的直径是 m 3 某同学在本实验中 计算结果明显偏小 可能是由于 D A 油酸未完全散开B 油酸中含有大量酒精C 计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格D 在向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液时 滴数多数了10滴 4 0 10 3 6 3 10 10 对点训练1 河北省保定市2017年高二下学期期中 在粗测油酸分子大小的实验中 具体操作如下 取油酸1 00mL注入250mL的容量瓶内 然后向瓶中加入酒精 直到液面达到250mL的刻度为止 摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解 形成油酸酒精溶液 用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒 记录滴入的滴数直到量筒达到1 00mL为止 恰好共滴了100滴 在水盘内注入蒸馏水 静置后用滴管吸取酒精溶液 轻轻地向水面滴一滴溶液 酒精挥发后 油酸在水面上尽可能地散开 形成一油膜 测得此油膜面积为3 60 103cm2 1 这种粗测方法是将每个分子视为 让油酸尽可能地在水面上散开 则形成的油膜面积可视为 这层油膜的厚度可视为油分子的 2 利用数据可求得油酸分子的直径为 m 结果保留2位有效数字 球形 单分子油膜 直径 1 1 10 10 阿伏加德罗常数是一个重要的常数 通常可取NA 6 02 1023mol 1 粗略时可取NA 6 0 1023mol 1 为什么说阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁 提示 阿伏加德罗常数把摩尔质量和摩尔体积这些宏观量与分子质量和分子体积这些微观量联系起来了 所以说阿伏加德罗常数是联系宏观和微观的桥梁 探究二阿伏加德罗常数的理解及应用 1 分子的简化模型固体 液体分子可视为球形 分子间紧密排列可忽略间隙 可以近似认为气体分子是均匀分布的 每个气体分子占据一个立方体 其边长即为气体分子间的距离 如下表所示 解题指导 本题所用的是利用宏观量 摩尔质量 摩尔体积和阿伏加德罗常数 求微观量 分子质量 分子体积 的典型计算方法 在计算过程中注意利用密度建立摩尔质量和摩尔体积的联系 这种计算必须要熟练掌握 还要注意计算结果是否与分子质量的数量级 10 26kg 及直径的数量级 10 10m 相近 对点训练2 假如全世界60亿人同时数1g水的分子个数 每人每小时可以数5000个 不间断地数 则完成任务所需时间最接近 阿伏加德罗常数NA取6 1023mol 1 A 10年B 1千年C 10万年D 1千万年 C 素养提升 将两种分子模型混淆 B 易错分析 本题易错选项及错误原因分析如下