高中物理 第7章 第1节 物体是由大量分子组成的同步辅导与检测课件 新人教版选修33.ppt

第1节物体是由大量分子组成的 分子动理论 扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜是20世纪80年代初发展起来的一种显微镜 其分辨本领是目前各种显微镜中最高的 横向分辨本领为0 1 0 2nm 深度分辨本领为0 01nm 它的高分辨本领可以清晰地展示直径大约为10 10m尺度的单个原子 或分子 使得人类实现了直接看到微小的原子的理想 扫描隧道显微镜的工作原理与通常的光学显微镜工作原理截然不同 它是应用量子力学中的 隧道效应 来观察物质的原子 分子 的 1 把分子看做小球 这是分子的简化模型 实际上 分子有着复杂的内部结构 并不是小球 测量结果表明 除了一些有机大分子外 多数分子尺寸的数量级为 2 1mol的任何物质都含有相同的粒子数 这个数量用 表示 这个常数的数值是 1 10 10m2 阿伏加德罗常数6 02 1023mol 1 分子的大小 1 分子分子是保持物质化学性质的最小微粒 实际上 构成物质的单元是多种多样的 或是原子 如金属 或是离子 如盐类 或是分子 如有机物 在热学中 由于这些微粒做热运动时遵从相同的规律 所以统称为分子 2 分子大小 1 分子的大小可以从以下几个方面来认识 从分子几何尺寸的大小来感受 一般地 分子直径数量级为10 10m 从分子的体积的数量级来感受 10 29m3 从一个分子的质量的多少来体会 大量 的含意 一般分子质量的数量级为10 26kg 分子如此微小 用肉眼根本无法直接看到它们 就是用高倍的光学显微镜也看不到 直到1982年人们研制了能放大几亿倍的扫描隧道显微镜 才观察到物质表面原子的排列 2 分子模型实际分子的结构是很复杂的 可以把单个分子看做一个立方体 也可以看做是一个小球 通常情况下把分子当作球形处理 球的体积v 4 r3 3 r为球半径 不同的物质形态其分子的排布也有区别 对固体和液体而言 可以认为分子是一个挨着一个排列的 我们可以用不同的方法测出分子的大小 气体分子间距离较大 常是分子线度的十倍 百倍等 常把分子占据的空间视为立方体 以此来估算分子间的平均距离 3 油膜法测分子大小 1 原理 把一滴油酸 事先测出其体积v 滴在水面上 在水面上形成油膜 认为是单分子油膜 且把分子看成球形 油膜的厚度认为是油酸分子的直径d 测出油膜面积s 则分子直径d 类比 取一定量的小米 测出其体积v 将米平摊在桌面上 上下不重叠 一粒紧挨一粒 量出米粒占据桌面的面积s 得d 2 方法 取1ml的油酸 并精确地测出它的体积 用无水酒精按1 200的体积比稀释油酸 使油酸在酒精中充分溶解 用滴管提取1ml稀释后的油酸 并测算出滴管中滴出一滴的体积 在盛水盘中装入约为1cm深的蒸馏水 为便于观测油膜的面积 可在水面上轻撒上一层痱子粉 在水盘中央滴一滴油酸酒精溶液 于是油酸在水面上迅速散开 到油膜面积不再 扩大时 在一块玻璃盖上描出油膜的轮廓图 如下图左所示 把这块玻璃放在方格纸上 数出油膜所占的格数 然后计算出油膜的面积 于是 油膜的厚度便可测算出来 油酸在水面上形成单分子层油膜 油酸分子的一端对水有很强的亲和力 被水吸引在水中 另一端对水没有亲和力 便冒出水面 油酸分子都是直立在水中的 单分子油膜 的厚度即等于油酸分子的长度 若把分子当成小球 油膜的厚度也就等于分子的直径如下图右所示 其线度的数量级为10 10m 注 分子并不是球形的 但这里把它们当作球形处理 是一种估算的方法 估算在物理学的学习和研究方面都是很有用的 尽管用不同方法测量分子直径结果有差异 但除了一些高分子有机物外 一般测得的数量级一致 分子直径的数量级为10 10m 4 实验步骤 1 用注射器或滴管将老师事先配制好的酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒中 记下量筒内增加一定体积 例如1ml 时的滴数 2 实验时先往边长约为30cm 40cm的浅盘里倒入约2cm深的水 然后将痱子粉或石膏均匀地撒在水面上 再用注射器或滴管将老师事先配制好的酒精油酸溶液滴在水面上一滴 形成如上图左所示的形状 待油酸薄膜的形状稳定后 将事先准备好的玻璃板 或有机玻璃板 放在浅盘上 然后将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上 3 将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上 算出油酸薄膜的面积s 求面积时以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位 计算轮廓内正方形的个数 不足半个的舍去 多于半个的算一个 4 根据老师配制的酒精油酸溶液的浓度 算出一滴溶液中纯油酸的体积v 根据一滴油酸的体积v和薄膜的面积s即可算出油酸薄膜的厚度d 即油酸分子的大小 5 注意事项 1 油酸溶液配制后不要长时间放置 以免改变浓度产生实验误差 2 实验之前应练习好滴法 3 待测油酸面扩散后又收缩 要在稳定后再画轮廓 扩散后又收缩有两个原因 一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复 二是酒精挥发后液面收缩 4 当重做实验时 从水盘的一侧边缘倒出 在这侧面会残留油酸 可用少量酒精清洗 并用脱脂棉擦去 再用清水冲洗 这样可保持盘的清洁 5 从盘的中央加痱子粉 使粉自动扩散至均匀 比在水面上撒粉的效果好 6 本实验只要求估算分子大小 实验结果数量级符合要求即可 用油膜法估测分子大小的实验步骤如下 向体积为v1的纯油酸中不断加入酒精 直到油酸酒精溶液总体积为v2 用注射器吸取上述溶液 一滴一滴地滴入小量筒 当滴入n滴时体积为v0 先往边长为30 40cm的浅盘里倒入约2cm深的水 用注射器往水面上滴一滴上述油酸酒精溶液 等油酸薄膜形状稳定后 将事先准备好的玻璃板放在浅盘上 并在玻璃板上描出油酸薄膜的轮廓 将画有油膜轮廓的玻璃板放在画有许多边长为a的小正方形的坐标纸上 计算出油膜面积为na2 整理器材 解析 遗漏步骤 将痱子粉均匀撒在水面上 答案 见解析 上述实验操作过程中遗漏了一个什么步骤 油酸分子的直径d是多少 变式迁移 1 油酸酒精溶液的浓度为每1000ml油酸酒精溶液中有油酸0 6ml 用滴管向量筒内滴50滴上述溶液 量筒中的溶液体积增加1ml 若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中 由于酒精溶于水 油酸在水面展开 稳定后形成单分子油膜的形状如图所示 图中每小方格的边长为30mm 1 油酸薄膜的面积为 m2 2 每一滴酒精油酸溶液含有纯油酸的体积为 m3 3 根据上述数据 估算出油酸分子的直径为 m 解析 1 用填补法数出在油膜范围内的格数 面积大于半个方格的算一个 不足半个的舍去不算 为86个 油膜面积约为 s 86 3 0 10 2m 2 7 74 10 2m2 2 因50滴酒精油酸溶液的体积为1ml 且溶液含纯油酸的浓度为 0 06 故每滴酒精油酸溶液含纯油酸的体积为 3 把油酸薄膜的厚度视为油酸分子的直径 可估算出油酸分子的直径为 答案 1 7 74 10 2 2 1 2 10 11 3 1 55 10 10 阿伏加德罗常数 1 阿伏加德罗常数na 6 02 1023mol 1阿伏加德罗常数的含义 1摩尔的任何物质含有的微粒数相同 这个数叫阿伏加德罗常数 其值是6 02 1023mol 1 这个数常用na表示 是微观世界的一个重要常数 是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁 2 估算分子体积 分子质量和分子数的方法阿伏加德罗常数na是一个联系宏观与微观的桥梁 如作为宏观量的摩尔质量m 摩尔体积v 密度 和作为微观量的分子直径d 分子质量m 每个分子的体积v0等 都是通过阿伏加德罗常数联系起来的 注 求每个分子的体积时公式v 只适用于固体和液体 因为组成固体 液体的分子间隙比较小 可近似认为分子紧密排列 即忽略分子间隙 但此公式不能用于求气体分子的体积 因为气体分子间距离较大 用此公式求出的是每个气体分子平均占有的体积 3 分子间有间隙水和酒精混合时总体积减小 说明分子间有间隙 注 对于固体 液体来说 分子间隙较小 可近似认为v0为分子体积的大小 而对于气体来说 分子间隙较大 那么v0不再等于气体分子体积 而是分子所占空间的体积 d不再指气体分子直径大小 而是相邻两气体分子的间距 清晨 湖中荷叶上有一滴约为0 1cm3的水珠 已知水的密度 1 0 103kg m3 水的摩尔质量m 1 8 10 2kg mol 试估算 1 这滴水珠中约含有多少水分子 2 一个水分子的直径有多大 以上计算结果保留两位有效数字 变式迁移 2 已知某种油的摩尔质量为0 1kg mol 密度为0 8 103kg m3 现取一滴体积为0 3 10 3cm3的油滴 滴于水面上展成一层单分子油膜 测得油膜的面积为0 41m2 试根据上述数据求出阿伏加德罗常数 保留一位有效数字 基础巩固 1 设某固体物质的摩尔质量为 密度为 此种物质样品的质量为m 体积为v 总分子数