2019高中物理第七章1物体是由大量分子组成的教学案（含解析）新人教版.docx

1物体是由大量分子组成的学习目标1.知道物体是由大量分子组成的2. 知道分子的简化模型，即球形模型或立方体模型，知道分子直径的数量级(重点) 3.知道阿伏加德罗常数是联系宏观世界和微观世界的桥梁，记住它的物理意义、数值和单位，会用这个常数进行有关的计算和估算(难点)知识点一分子的大小1油膜法估测分子直径(1)油膜法是一种粗略测定分子大小的方法，其方法是把油酸滴到水面上，油酸在水面上散开，形成单分子油膜，如图711所示如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可以认为等于油酸分子的直径(2)如果1滴油滴的体积为V，单分子油膜的面积为S，则分子的大小(即直径)为d.在此忽略了分子间的空隙2分子的大小除了一些有机物质的大分子外，多数分子直径大小的数量级为1010 m.再思考对固体、液体、气体的分子大小估算时，其模型有何不同？【提示】估算分子大小时，既可以把分子占据的空间看做立方体，也可以看做球体对于固体、液体分子，一般视为球体，分子直径的数量级为1010 m而对于气体只能看成立方体，计算其占有体积的大小后判断1油酸分子的直径可认为与单分子油膜的厚度相等()2物体是由大量分子组成的，多数分子直径的数量级为1010 m()3当油膜达到最大后，要立即测量其面积，这样会更准确()知识点二阿伏加德罗常数1定义1 mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量可以用阿伏加德罗常数表示2数值阿伏加德罗常数通常取NA6.021023_mol1，粗略计算中可取NA6.01023_mol1.3意义阿伏加德罗常数是一个重要常数它把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、分子大小等微观物理量联系起来，即阿伏加德罗常数NA是联系宏观量与微观量的桥梁再思考结合阿伏加德罗常数的意义，说说如何求出单个水分子的质量【提示】用M表示水的摩尔质量，用m表示单个水分子的质量，NA表示阿伏加德罗常数，则有m.后判断1任何物质在任何状态下的阿伏加德罗常数相同()2阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁()3气体分子的体积与它所占有的空间体积是不同的，前者与后者大小非常接近()考点一实验：用油膜法估测分子的大小(深化理解)1实验目的：用油膜法估测分子的大小图7122实验原理：把一定体积的油酸酒精溶液滴在水面上使其形成单分子油膜，如图所示不考虑分子间的间隙，把油酸分子看成球形模型，计算出1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V并测出油膜面积S，求出油膜的厚度d，即d就是油酸分子的直径3实验器材：油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅盘、玻璃板、坐标纸、彩笔、痱子粉或细石膏粉4实验步骤(1)在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀撒在水面上(2)用注射器往小量筒中滴入1 mL配制好的油酸酒精溶液(浓度已知)，记下滴入的滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积.(3)将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上(4)待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用水彩笔(或钢笔)画出油酸薄膜的形状(5)将玻璃板放在坐标纸上，通过数方格数，算出油酸薄膜的面积S.计算方格数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个(6)根据已配制好的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V.(7)计算油酸薄膜的厚度d，即油酸分子的大小5数据处理计算方法：(1)一滴油酸溶液的平均体积.(2)一滴油酸溶液中含纯油酸的体积V油酸溶液的体积比(体积比)(3)油膜的面积Sn1 cm2.(n为有效格数，小方格的边长为1 cm)(4)分子直径d.(代入数据时注意单位的统一)【例题1】在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液为75滴把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图713所示，坐标中正方形方格的边长为1 cm.则：(1)油酸薄膜的面积是_cm2；(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是_mL；(取一位有效数字)(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径约为_m(取一位有效数字)【解析】(1)运用数格法，多于半个的算一个，小于半个的舍去，有效面积共有115格油膜的面积：S1151 cm2115 cm2.(2)一滴油酸酒精溶液的体积：V mL.一滴油酸酒精溶液中纯油酸体积：VV8106mL.(3)油酸分子的直径：dm71010m.【答案】(1)1153(2)8106(3)71010【规律总结】油膜法估测分子大小的解题技巧1首先要准确计算出纯油酸的体积V.2其次计算出油膜的面积S.3最后利用公式d求出的数值就是分子直径的大小【变式训练】1为了减小“油膜法估测分子的大小”的实验误差，下列方法可行的是()A用注射器向量筒中滴入100滴油酸酒精溶液，并读出量筒里这些溶液的体积V1，则每滴溶液的体积为V2B把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小些C先在浅盘内的水中撒入一些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液滴4滴在水面上D用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成规则形状【解析】要测量滴整数体积的溶液的滴数，以减小读数误差，A错误；水面离盘口距离小些，可减小画油膜轮廓时的误差，B正确；滴入4滴液滴可能会由于纯油酸体积过大而不能形成单分子油膜，C错误；用牙签拨弄油膜，会使油膜间有空隙，还会带走一部分油酸，D错误【答案】B2在“用单分子油膜估测分子大小”实验中：(1)某同学操作步骤如下：取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液；在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；在蒸发皿内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；在蒸发皿上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积改正其中的错误：_.(2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为4.8103mL，其形成的油膜面积为40 cm2，则估测出油酸分子的直径为_m.【解析】(1)由于一滴溶液的体积太小，直接测量时相对误差太大，应用微小量累积法减小测量误差液面上不撒痱子粉时，滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油膜不能形成一块完整的油膜，油膜间的缝隙会造成测量误差增大甚至实验失败(2)由油膜的体积等于一滴油酸酒精溶液内纯油酸的体积可得：dm1.2109m.【答案】(1)在量筒中滴入N滴溶液；在水面上先撒上痱子粉(2)1.2109考点二阿伏加德罗常数和微观量的估算(深化理解)1阿伏加德罗常数的应用(1)相关物理量：摩尔质量Mmol、摩尔体积Vmol、物质的质量m、物质的体积V、物质的密度等宏观量，跟单个分子的质量m0、单个分子的体积V0等微观量都通过阿伏加德罗常数这个桥梁联系起来(2)桥梁作用：其中密度，但要切记是没有物理意义的2重要的关系式若用M表示摩尔质量，Vmol表示摩尔体积，表示密度，d、m、V0分别表示每个分子直径、分子质量、分子体积，则：(1)一个分子的质量：m.(2)一个非气体分子的体积：V0.(3)一摩尔物质的体积：Vmol.(4)单位质量中所含分子数：n.(5)单位体积中所含分子数：n.(6)气体分子间的距离：d.(7)分子球体模型d.【例题2】对于固体和液体来说，其内部分子可看成是一个挨一个紧密排列的小球，若某固体的摩尔质量为M，密度为，阿伏加德罗常数为NA.(1)该固体分子质量的表达式为m0_.(2)若已知汞的摩尔质量为M200.5103 kg/mol，密度为13.6103 kg/m3，阿伏加德罗常数为NA6.01023mol1，试估算汞原子的直径大小(结果保留两位有效数字)【思路点拨】(1)本题是已知宏观量求微观量，以NA为桥梁(2)将汞原子看做球形，则单个分子的体积V0d3.(3)固体和液体分子紧密排列，分子间隙可忽略【解析】(1)该固体分子质量的表达式m0.(2)将汞原子视为球形，其体积V0d3汞原子直径的大小d3.61010 m.【答案】(1)(2)3.61010 m【规律总结】宏观量和微观量关系的解题要点1在处理宏观量与微观量间关系的问题时，固、液体分子紧密排列，气体分子间距离远大于自身的体积2由宏观量计算微观量，或由微观量计算宏观量，都要通过阿伏加德罗常数建立联系所以说，阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的桥梁【变式训练】1(多选)对于液体和固体(不计分子间的空隙)，若用M表示摩尔质量，m0表示分子质量，表示物质密度，V表示摩尔体积，V0表示单个分子的体积，NA表示阿伏加德罗常数，则下列关系中正确的是()ANABNACNADNA【解析】由于液体和固体的分子间的空隙可以不计，所以摩尔质量M可以看作NA个分子质量的和，即MNAm0V；摩尔体积V可以看作NA个分子体积的和，即VNAV0，化简可知A、B正确，C、D错误【答案】AB2已知铜的摩尔质量M6.4102 kg/mol，铜的密度8.9103 kg/m3，阿伏加德罗常数NA6.01023 mol1.试估算：(计算结果保留两位有效数字)(1)一个铜原子的质量(2)若每个铜原子可提供两个自由电子，则3.0105 m3的铜导体中有多少个自由电子？【解析】(1)一个铜原子的质量m kg1.11025 kg(2)铜导体的物质的量n mol4.2 mol铜导体中含有的自由电子数N2nNA5.01024(个)【答案】(1)1.11025 kg(2)5.01024个分子的两种模型在处理由物体的宏观量研究其微观量的问题时，要明确两种模型的建立：1球体模型：对于固体和液体，分子间距离比较小，可以认为分子是一个挨着一个的，若分子的摩尔体积为V，则每个分子的体积V0，由3V0，则d.2立方体模型：对于气体，分子间距离比较大，一般是建立立方体模型，从而计算出气体分子间的平均距离，例如1 mol的某气体的体积为V，则每个气体分子平均占的空间体积V0，则分子间的距离d满足d3，即d.【例题3】已知氧气分子的质量m5.31026 kg，标准状况下氧气的密度1.43 kg/m3，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1，求：(1)氧气的摩尔质量(2)标准状况下氧气分子间的平均距离(保留两位有效数字)(3)标准状况下1 cm3的氧气中含有的氧分子数【思路点拨】摩尔质量、摩尔体积、密度为宏观量，分子的质量、分子的大小等是微观量，阿伏加德罗常数是连接它们关系的桥梁【解析】(1)氧气的摩尔质量为MNAm6.0210235.31026 kg/mol3.2102 kg/mol.(2)标准状况下氧气的摩尔体积V，所以每个氧分子所占空间V0.而每个氧分子占有的体积可以看成是棱长为a的立方体，即V0a3，则a3，a3.3109 m.(3)1 cm3氧气的质量mV1.431106 kg1.43106 kg，则1 cm3氧气中含有的氧分子个数n2.71019个【答案】(1)3.2102 kg/mol(2)3.3109 m(3)2.71019个【学法指导】关于分子两种模型理解的四个误区误区1：误认为固体、液体分子一定是球状的产生误区的原因是认为分子、原子就像宏观中的小球一样，都是球形的实际上分子是有结构的，并且不同物质的分子结构是不同的，为研究问题方便，通常把分子看作球体误区2：误认为物质处于不同物态时均可用分子的球状模型产生误区的原因是对物质处于不同物态时分子间的距离变化不了解通常情况下认为固态和液态时分子是紧密排列的，此时可应用分子的球状模型进行分析但处于气态时分子间的距离已经很大了，此时就不能用分子的球状模型进行分析了误区3：误认为一个物体的体积等于其内部所有分子的体积之和产生误区的原因是认为所有物质的分子是紧密排列的，其实分子之间是有空隙的，对于固体和液体，分子间距离很小，可近似认为物体的体积等于所有分子体积之和；但对于气体，分子间距离很大，气体的体积远大于所有气体分子的体积之和误区4：误认为只能把分子看成球状模型其原因是经常出现分子直径的说法，其实在研究物体中分子的排列时，除了球状模型之外，还经常有立方体模型等建立模型的原则是研究问题的方便【对应训练】已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3 kg/m3和2.1 kg/m3，空气的摩尔质量为0.029 kg/mol，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1.若潜水员呼吸一次吸入2 L空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数(结果保留一位有效数字)【解析】设空气的摩尔质量为M，在海底和岸上的密度分别为海和岸，一次吸入空气的体积为V，在海底吸入的分子数N海NA，在岸上吸入的分子数N岸NA，则有NN海N岸NA，代入数据求得N31022个【答案】31022个课时作业(一)基础练1(多选)某同学在用油膜法估测分子直径的实验中，计算结果明显偏大，可能是由于()A油酸未完全散开B油酸中含有大量酒精C求每滴体积时，1 mL溶液的滴数多数了几滴D计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格【解析】形成的油膜不是单分子层，计算的油膜厚度就不是分子直径，比分子直径大得多，A正确；滴入水中后酒精都溶入水中，B错误；计算体积时多数了几滴，会使计算的油滴体积偏小，当然计算的分子直径也偏小，C错误；数方格时舍去了所有不足一格的方格，计算出的油膜面积偏小，导致计算结果偏大，D正确【答案】AD2关于物体中的分子数目，下列说法中正确的是()A质量相等的物体含有相同的分子数B体积相同的物体含有相同的分子数C物质的量相同的物体含有相同的分子数D体积相同的气体含有相同的分子数【解析】1摩尔任何物质所含有的分子数相同，所以物质的量相同的物体，分子数一定相同【答案】C3(多选)已知某气体的摩尔体积为22.4 L/mol，摩尔质量为18 g/mol，阿伏加德罗常数为6.021023 mol1，由以上数据可以估算出这种气体()A每个分子的质量B每个分子的体积C每个分子占据的空间D分子之间的平均距离【解析】由m0可估算出每个气体分子的质量，由于气体分子间距较大，由V0求得的是平均一个分子占据的空间而不是一个分子的体积，由a可求出分子之间的平均距离，故A、C、D正确【答案】ACD4(多选)某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V，密度为，每个分子的质量和体积分别为m和V0，则阿伏加德罗常数NA可表示为()ANABNACNADNA【解析】根据题给条件和阿伏加德罗常数定义有NA，即B、C正确；而气体分子之间距离太大，气体分子的体积与分子所占据的空间体积相差太大，所以A错；同理，为气体的密度，V0并不等于分子的质量，所以D错【答案】BC5(2014南京高二检测)假如全世界60亿人同时数1 g水的分子个数，每人每小时可以数5 000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NA61023 mol1)()A10年B1千年C10万年D1千万年【解析】完成任务所需的时间10(万年)，选项C正确，A、B、D错误【答案】C6(2014黄冈检测)一艘油轮装载着密度为900 kg/m3的原油在海上航行，由于某种事故而使原油发生部分泄漏导致9 t的原油流入大海，则这次事故造成的最大污染面积约为()A1011 m2B1012 m2C108 m2D1010 m2【解析】分子直径的数量级是d1010 m由d，可知，S1011 m2.【答案】A7(2015金山区高二检测)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，以下给出的是可能的操作步骤，把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写在横线上_，并请补充实验步骤D中的计算式A将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长1 cm的正方形为单位，计算出轮廓内正方形的个数n.B将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定C用浅盘装入约2 cm深的水，然后将痱子粉均匀地撒在水面上D用测量的物理量估算出油酸分子的直径d_.E用滴管将事先配好的体积浓度为0.05%的油酸酒精溶液逐滴滴入量筒，记下滴入的溶液体积V0与滴数N.F将玻璃板放在浅盘上，用笔将薄膜的外围形状描画在玻璃板上【解析】根据实验步骤可知合理的顺序为ECBFAD.一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为0.05%，Sn104 m2所以分子的直径d0.05%.【答案】ECBFAD8举世瞩目的国家游泳中心“水立方”是第29届北京奥运会游泳、跳水、花样游泳的比赛场馆，它采用了世界上最为先进的膜结构材料建造，同时也是唯一一座由港澳台同胞和海外华人捐资建设的大型奥运体育设施该中心拥有长50 m、宽25 m、水深3 m、水温保持2728，共10条泳道的国际标准比赛用游泳池已知水的摩尔质量M1.8102 kg/mol，密度为1.0103 kg/m3，阿伏加德罗常数为61023 mol1，当游泳池注满水时，估算池水分子数目【解析】设水的密度为，游泳池中水的质量为M1，阿伏加德罗常数为NA，游泳池注满水时，水的总体积为V50253 m33.75103 m3.游泳池中水的物质的量n，M1V.所含的水分子数NnnNA.联立解得N.代入数据得N1.31032个【答案】1.31032提升练9(多选)在用油膜法估测分子直径大小的实验中，若已知油的摩尔质量为M，密度为，油滴质量为m，油滴在水面上扩散后的最大面积为S，阿伏加德罗常数为NA，以上各量均采用国际单位，那么()A油滴分子直径dB油滴分子直径dC油滴所含分子数NNAD油滴所含分子数NNA【解析】油膜法测分子直径，认为油膜的厚度就为分子直径，油膜的质量为m，最大面积为S，则油膜的体积为V，油滴分子直径为d，故选项B对，A错；油滴的物质的量为，油滴所含分子数为NNA，选项D对，C错【答案】BD10铜的摩尔质量为MA(kg/mol)，密度为(kg/m3)，若阿伏加德罗常数为NA，则下列说法中哪个是错误的()A1 m3铜所含的原子数目是B1 kg铜所含的原子数目是NAC一个铜原子的质量为 kgD一个铜原子占有的体积是m3【解析】1 m3铜的质量为 kg，其中所含的原子数目是NA，故A项正确；1 kg铜所含的原子数目是NA，故B项错误；一个铜原子的质量