（江苏专版）2018版高考物理二轮复习 第一部分 专题十三 分子动理论 气体及热力学定律学案.doc

专题十三分子动理论气体及热力学定律江苏卷考情导向考点考题考情分子动理论、内能及热力学定律2017年t12(a)考查热力学第一定律以及理想气体状态方程、布朗运动、阿伏伽德罗常数的应用2015年t12(a)(2)考查气体的热力学定律和气体状态方程的应用2014年t12(a)考查热力学第一定律以及理想气体状态方程的应用2013年t12(a)考查理想气体状态方程、热力学定律、阿伏伽德罗常数的应用1本专题的命题形式都是由3个小题组成，第1题为选择题，第2题为填空题，第3题为计算题，总分为12分2本专题命题点主要集中在：分子大小的估算；对分子动理论内容的理解；物态变化中的能量问题；气体实验定律的理解和简单计算；固、液、气三态的微观解释和理解；热力学定律的理解和简单计算；用油膜法估测分子大小等内容固体、液体和气体2016年t12(a)饱和汽和饱和汽压等概念的理解、理想气体pv图象、热力学定律、气体分子速率分布2015年t12(a)(1)考查晶体和非晶体气体实验定律及其应用2015年t12(a)(3)考查理想气体的状态方程考点1| 分子动理论、内能及热力学定律难度：低档题 题型：选择题或填空题 五年4考(对应学生用书第72页)1(2014江苏高考t12(a)一种海浪发电机的气室如图131所示工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电气室中的空气可视为理想气体 【导学号：17214195】图131(1)下列对理想气体的理解，正确的有_a理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型b只要气体压强不是很高就可视为理想气体c一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关d在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律(2)压缩过程中，两个阀门均关闭若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了34104 j，则该气体的分子平均动能_(选填“增大”“减小”或“不变”)，活塞对该气体所做的功_(选填“大于”“小于”或“等于”)34104 j(3)上述过程中，气体刚被压缩时的温度为27 ，体积为0224 m3，压强为1个标准大气压已知1 mol气体在1个标准大气压、0 时的体积为224 l，阿伏加德罗常数na6021023 mol1计算此时气室中气体的分子数(计算结果保留一位有效数字)【解题关键】(2)气体与外界无热量交换，q0；一定质量的理想气体，内能越大，温度越高(3)由题意气体从0 到27 做等压变化，根据盖吕萨克定律求出此时的体积，然后求出气室内气体的物质的量，进而求得分子数【解析】(1)理想气体是一种理想化模型，温度不太低，压强不太大的实际气体可视为理想气体；只有理想气体才遵循气体的实验定律，选项a、d正确，选项b错误一定质量的理想气体的内能完全由温度决定，与体积无关，选项c错误(2)因为理想气体的内能完全由温度决定，当气体的内能增加时，气体的温度升高，温度是分子平均动能的标志，则气体分子的平均动能增大根据热力学第一定律，uqw，由于q0，所以wu34104 j(3)设气体在标准状态时的体积为v1，等压过程为：气体物质的量为：n，且分子数为：nnna解得n na代入数据得n51024个(或n61024)【答案】(1)ad(2)增大等于(3)51024(或61024)2(2015江苏高考t12(a)(2)在装有食品的包装袋中充入氮气，可以起到保质作用某厂家为检测包装袋的密封性，在包装袋中充满一定量的氮气，然后密封进行加压测试测试时，对包装袋缓慢地施加压力将袋内的氮气视为理想气体，则加压测试过程中，包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力_(选填“增大”“减小”或“不变”)，包装袋内氮气的内能_(选填“增大”“减小”或“不变”)【解析】对氮气加压后，气体内部的压强增大，由fps知，单位面积上所受气体分子撞击的作用力增大由于加压过程是缓慢的，氮气的温度保持不变，所以氮气的内能不变【答案】增大不变3(2017江苏高考t12(a)(1)一定质量的理想气体从状态a经过状态b变化到状态c，其vt图象如图132所示下列说法正确的有_图132aab的过程中，气体对外界做功bab的过程中，气体放出热量cbc的过程中，气体压强不变dabc的过程中，气体内能增加(2)图133甲和乙是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片，记录炭粒位置的时间间隔均为30 s，两方格纸每格表示的长度相同比较两张图片可知：若水温相同，_(选填“甲”或“乙”)中炭粒的颗粒较大；若炭粒大小相同，_(选填“甲”或“乙”)中水分子的热运动较剧烈甲乙图133(3)科学家可以运用无规则运动的规律来研究生物蛋白分子资料显示，某种蛋白的摩尔质量为66 kg/mol，其分子可视为半径为3109 m的球，已知阿伏加德罗常数为601023 mol1请估算该蛋白的密度(计算结果保留一位有效数字)【解析】(1)ab过程是等温变化，气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律知，气体要放出热量，选项a错误、b正确bc过程中，是一个常数，为等压变化，选项c正确abc整个过程，温度降低，气体内能减少，选项d错误(2)由题图可看出，图乙中炭粒无规则运动更明显，表明甲图中炭粒更大或水分子运动不如乙图中剧烈(3)摩尔体积vr3na或v(2r)3na由密度，解得代入数据得1103 kg/m3(或5102 kg/m3，51021103 kg/m3都算对)【答案】(1)bc(2)甲乙(3)1103 kg/m3(或5102 kg/m3，51021103 kg/m3都算对)4(2013江苏高考t12(a)如图134所示，一定质量的理想气体从状态a依次经过状态b、c和d后再回到状态a其中，ab和cd为等温过程，bc和da为绝热过程(气体与外界无热量交换)这就是著名的“卡诺循环”图134(1)该循环过程中，下列说法正确的是_aab过程中，外界对气体做功bbc过程中，气体分子的平均动能增大 ccd过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多dda过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化(2)该循环过程中，内能减小的过程是_(选填“ab”“bc”“cd”或“da”)若气体在ab过程中吸收63 kj的热量，在cd过程中放出38 kj的热量，则气体完成一次循环对外做的功为_kj(3)若该循环过程中的气体为1 mol，气体在a状态时的体积为10 l，在b状态时压强为a状态时的求气体在b状态时单位体积内的分子数(已知阿伏加德罗常数na601023mol1，计算结果保留一位有效数字) 【解析】(1)在ab的过程中，气体体积增大，故气体对外界做功，选项a错误；bc的过程中，气体对外界做功，w0，且为绝热过程，q0，根据uqw，知u0，根据uqw，u0，即气体的内能增加，温度升高，所以气体分子的速率分布曲线发生变化，选项d错误(2)从ab、cd的过程中气体做等温变化，理想气体的内能不变，内能减小的过程是bc，内能增大的过程是da气体完成一次循环时，内能变化u0，热传递的热量qq1q2(6338) kj25 kj，根据uqw，得wq25 kj，即气体对外做功25 kj(3)从ab气体为等温变化，根据玻意耳定律有pavapbvb，所以vb15 l所以单位体积内的分子数n l141022 l141025 m3【答案】(1)c(2)bc25(3)41025 m31必须掌握的三个问题(1)必须掌握微观量估算的两个模型球模型：vr3(适用于估算液体、固体分子直径)立方体模型：va3(适用于估算气体分子间距)(2)必须明确反映分子运动规律的两个实例布朗运动：研究对象：悬浮在液体或气体中的固体小颗粒运动特点：无规则、永不停息相关因素：颗粒大小、温度扩散现象产生原因：分子永不停息的无规则运动相关因素：温度(3)必须弄清的分子力和分子势能分子力：分子间引力与斥力的合力分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0(分子间的距离为r0时，分子间作用的合力为0)时，分子势能最小2物体的内能与热力学定律(1)物体内能变化的判定：温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子势能的变化(2)热力学第一定律公式：uwq；符号规定：外界对系统做功，w0；系统对外界做功，w0系统从外界吸收热量，q0；系统向外界放出热量，q0系统内能增加，u0；系统内能减少，u0(3)热力学第二定律的表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体(按热传递的方向性表述)不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响(按机械能和内能转化的方向性表述)第二类永动机是不可能制成的考向1分子动理论1关于热运动，下列说法正确的是()【导学号：17214196】a布朗运动是热运动b盛放水的密闭容器中，当水蒸气达到饱和时，不再有水分子飞出水面c气体分子速率呈现出“中间多，两头少”的分布规律d物体温度升高时，物体内的所有分子速率都变大c布朗运动是分子热运动的间接反映，不是热运动，故a错误；盛放水的密闭容器中，当水蒸气达到饱和时，是离开水面的分子和同时进入水面的分子数相等，不是没有分子飞出，故b错误；气体分子速率分布规律为统计规律，呈现出“中间多，两头少”的分布规律，故c正确；物体温度升高时，并不是物体内的所有分子速率都变大，可能有部分分子的速率减小，故d错误2(2017锡山区期中)若以表示水的摩尔质量，v表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，为在标准状态下水蒸气的密度，na为阿伏加德罗常数，m、分别表示每个水分子的质量和体积，下面四个关系式，其中正确的是()nama和b和c和 d和b摩尔质量分子质量阿伏加德罗常数，故：mnav，故na，故正确；为在标准状态下水蒸气的密度，由于气体分子间距远大于分子直径，故水蒸气的密度小于水分子的密度，故，故na，故错误；摩尔质量分子质量阿伏加德罗常数，故m，故正确；由于气体分子间距远大于分子直径，故，故错误考向2物体的内能3(2017张家港期中)根据分子动理论，下列说法正确的是() 【导学号：17214197】a布朗运动是液体分子的运动，它说明了分子在永不停息地做无规则运动b温度是分子平均动能的标志，温度较高的物体每个分子的动能一定比温度较低的物体分子的动能大c物体体积增大，分子势能可能减小d某气体的摩尔质量为m、摩尔体积为vm、密度为，用na表示阿伏加德罗常数，则每个气体分子的质量m0，每个气体分子的体积v0c布朗运动是悬浮在液体中固体微粒的无规则运动，它是液体分子无规则运动的反映，在显微镜下观测到的不是液体分子运动，故a错误温度是分子平均动能的标志，温度较高的物体分子平均动能较大，但由于分子的运动是无规则的，因此不是每个分子的动能都比温度较低的物体分子的动能大，故b错误物体体积增大，分子势能可能减小，例如，0 的水结冰，体积增大，分子势能减小，故c正确应用v0计算出的是每个气体分子所占空间的体积，由于气体分子间距较大，所以v0并不是每个分子的实际体积故d错误4(2017如东期中)关于温度、热平衡、内能的概念，以下说法正确的是()a气体的温度越高，每个气体分子的动能越大b气体从外界吸收热量，其温度一定增加c只要两物体的质量、温度、体积相等，两物体的内能一定相同d一切达到热平衡的系统都具有相同的温度d气体的温度越高，气体分子的平均动能越大，但每个气体分子的动能不一定越大，故a错误；气体从外界吸收热量，也可能对外做功，其温度不一定增加，故b错误；两物体的质量、温度、体积相等，两物体内能不一定相等，还与两物体的分子数有关，故c错误；热平衡的条件是温度相同，故d正确考向3热力学定律5(2017亭湖月考)在一个大气压下，1 g水在沸腾时吸收了2 260 j的热量后变成同温度的水蒸气，对外做了170 j的功，阿伏加德罗常数na601023 mol1，水的摩尔质量m18 g/mol则：(1)水的分子总势能变化了多少j?(2)1g水所含的分子数为多少？(结果保留两位有效数字)【解析】(1)根据内能定义，水的内能变化等于水的分子总动能变化和水的分子总势能变化，因为是等温变化，所以水的分子总动能不变，则水的内能变化等于水的分子总势能的变化，根据热力学第一定律，有：uqw代入数据：u2 090 j水的分子总势能变化为：epu2 090 j(2)1 g水的分子数为：nna601023 mol1331022个【答案】(1)2 090 j(2)331022个6(2017南通模拟)如图所示，一定质量的理想气体先从状态a经等容过程到状态b，再经等压过程到状态c在状态c时气体的体积v30103 m3，温度与状态a相同求气体：图135(1)在状态b时的体积；(2)在整个过程中放出的热量【解析】(1)由题意知，气体由状态b到状态c，发生了等压过程，根据查理定律得则 vbvc3103 m35103 m3(2)由题意知，a、c两状态温度相同，则气体的内能相同，即有u0ab过程，气体发生了等容变化，体积不变，气体不做功；bc过程，气体的体积减小，外界对气体做功为wpvp(vbvc)3105(53)103 j600 j根据热力学第一定律uqw得quw0600 j600 j即在整个过程中放出600 j的热量【答案】(1)5103 m3(2)600 j考点2| 固体、液体和气体难度：低档题 题型：选择题 五年2考(对应学生用书第75页)5(2016江苏高考t12(a)(1)在高原地区烧水需要使用高压锅水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却在冷却过程中，锅内水蒸汽的变化情况为_a压强变小b压强不变c一直是饱和汽 d变为未饱和汽(2)如图136a所示，在斯特林循环的pv图象中，一定质量理想气体从状态a依次经过状态b、c和d后再回到状态a，整个过程由两个等温和两个等容过程组成bc的过程中，单位体积中的气体分子数目_(选填“增大”“减小”或“不变”)，状态a和状态d的气体分子热运动速率的统计分布图象如图b所示，则状态a对应的是_(选填“”或“”)ab图136(3)如图a所示，在ab和da的过程中，气体放出的热量分别为4 j和20 j在bc和cd的过程中，气体吸收的热量分别为20 j和12 j求气体完成一次循环对外界所做的功【解题关键】(2)气体的内能只与温度有关，根据热力学第一定律uwq判断气体吸热还是放热；根据图象利用理想气体状态方程对每一个过程进行分析即可温度是分子热运动平均动能的标志；气体分子的运动的统计规律：中间多，两头少；即大多数的分子的速率是比较接近的，但不是说速率大的和速率小的就没有了，也是同时存在的，但是分子的个数要少很多(3)根据热力学第一定律即可求出气体对外做功是多少【解析】(1)高压锅在密封状态下缓慢冷却过程中，锅内水蒸汽体积不变，温度降低，则压强变小，但锅内水蒸汽发生的是动态变化过程，一定是饱和汽故选项a、c正确(2)bc过程为等容过程，单位体积中的气体分子数目不变气体状态a的温度低于状态d的温度，则状态a对应的气体分子的平均动能小，对应着图象(3)完成一次循环气体内能不变，u0，吸收的热量q(2012420) j8 j，由热力学第一定律uqw得，w8 j，气体对外界所做的功为8 j【答案】(1)ac(2)不变(3)8 j6(多选)(2015江苏高考t12(a)(1)对下列几种固体物质的认识，正确的有()a食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体b烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体c天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则d石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同ad晶体在熔化过程中温度保持不变，食盐具有这样的特点，则说明食盐是晶体，选项a正确；蜂蜡的导热特点是各向同性的，烧热的针尖使蜂蜡熔化后呈椭圆形，说明云母片的导热特点是各向异性的，故云母片是晶体，选项b错误；天然石英表现为各向异性，则该物质微粒在空间的排列是规则的，选项c错误；石墨与金刚石皆由碳原子组成，但它们的物质微粒排列结构是不同的，选项d正确1对晶体、非晶体特性的理解(1)只有单晶体才可能具有各向异性(2)各种晶体都具有固定熔点，晶体熔化时，温度不变，吸收的热量全部用于分子势能的增加(3)晶体与非晶体可以相互转化(4)有些晶体属于同素异构体，如金刚石和石墨2对液晶特性的理解(1)液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间液晶具有流动性，在光学、电学物理性质上表现出各向异性(2)液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切考向1固体的性质7(2017南通模拟)科学家在“哥伦比亚”号航天飞机上进行了一次在微重力条件(即失重状态)下制造泡沫金属的实验把锂、铝、钛等轻金属放在一个石英瓶内，用太阳能将这些金属熔化成液体，然后在熔化的金属中充进氢气，使金属内产生大量气泡，金属冷凝后就形成到处是微孔的泡沫金属下列说法中正确的是()a失重条件下液态金属呈现球状是由于液体表面分子间存在引力作用b失重条件下充入金属液体的气体气泡不能无限地膨胀是因为液体表面张力的约束c在金属液体冷凝过程中，气泡收缩变小，外界对气体做功，气体内能增大d泡沫金属物理性质各向同性，说明它是非晶体b分子之间同时存在引力和斥力，当rr0时，分子力表现为引力，rr0时分子力表现为斥力，分子间总是同时存在引力和斥力，失重条件下液态金属呈球状是由于液体表面分子间存在表面张力的结果，故a错误，b正确；在金属液体冷凝过程中，气泡收缩变小，外界对气体做功，同时温度降低，放出热量，气体内能降低，故c错误；泡沫金属物理性质虽然各向同性，但是为晶体，各向同性并非为晶体和非晶体的区别，故d错误8(2017苏锡常模拟)下列说法中正确的是()a当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而增大b气体压强的大小跟气体分子的平均动能有关，与分子的密集程度无关c有规则外形的物体是晶体，没有确定的几何外形的物体是非晶体d由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势d当分子间作用力表现为斥力时，随分子间距离的增大分子力做正功，故分子势能减小，故a错误气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子的密集程度有关，故b错误晶体和非晶体的区别是是否具有确定的熔点，单晶体具有规则的几何外形，而多晶体和非晶体没有规则的天然外形，注意“天然”二字，故有规则外形的物体不一定为晶体，故c错误由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，故d正确考向2液体和气体9(2017如东期中)下列说法正确的是()a空气中水蒸气的压强越大，空气的相对湿度就越大b冬天和夏天相比，冬天的气温较低，水的饱和汽压值较大c在相对湿度相同的情况下，冬天的绝对湿度较小d同一温度下水的饱和汽压与空气中的水蒸气的压强的比值叫做空气的相对湿度c空气中的水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的比值叫做空气的相对湿度，因此相对湿度还与同温下水的饱和汽压有关，故a、d错误；冬天和夏天相比，冬天的气温较低，水的饱和汽压值较小，故b错误；由于水的饱和汽压与温度有关，温度越高，水的饱和蒸汽压越大，所以相对湿度相同的情况下，温度高的夏天比冬天的绝对湿度大，冬天的绝对湿度较小，故c正确10(2017泰州三模)下列说法中正确的是()a当分子间引力大于斥力时，随着分子间距增加，分子间作用力的合力一定减小b单晶硅中原子排列成空间点阵结构，因此其它物质分子不能扩散到单晶硅中c液晶具有液体的流动性，其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性d密闭容器中水的饱和汽压随温度和体积的变化而变化c当分子间引力大于斥力时，分子间距离rr0，分子之间的作用力表现为引力，分子力先增大，后减小，故a错误；单晶硅中原子排列成空间点阵结构，但分子之间仍然存在间隙，其它物质分子能扩散到单晶硅中，故b错误；液晶是一种特殊的物态，液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质具有各向异性，故c正确；水的饱和汽压仅与温度有关，与体积无关，故d错误考点3| 气体实验定律及其应用难度：中高档题 题型：计算题 五年1考(对应学生用书第76页)7(2012江苏高考t12(a)(3)如图137所示，一定质量的理想气体从状态a经等压过程到状态b此过程中，气体压强p10105 pa，吸收的热量q70102 j，求此过程中气体内能的增量 【导学号：17214198】图137【解题关键】关键语句信息解读一定质量的理想气体从状态a经等压过程到状态b对外做功wp(vbva)吸收的热量q70102 j热力学第一定律uqw【解析】等压变化，对外做的功wp(vbva)根据热力学第一定律uqw，解得u50102 j【答案】50102 j8(2015江苏高考t12(a)(3)给某包装袋充入氮气后密封，在室温下，袋中气体压强为1个标准大气压、体积为1 l将其缓慢压缩到压强为2个标准大气压时，气体的体积变为045 l请通过计算判断该包装袋是否漏气【解析】若不漏气，设加压后的体积v1，由玻意耳定律知：p0v0p1v1，代入数据得v105 l，因为045 l05 l，说明包装袋漏气【答案】见解析1压强的计算(1)被活塞、汽缸封闭的气体，通常分析活塞或汽缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律列式计算(2)被液柱封闭的气体的压强，若应用平衡条件或牛顿第二定律求解，得出的压强单位为pa2合理选取气体变化所遵循的规律列方程(1)若气体质量一定，p、v、t均发生变化，则选用理想气体状态方程列方程求解(2)若气体质量一定，p、v、t中有一个量不发生变化，则选用对应的实验定律列方程求解考向1“液柱”类问题11(2017宜宾模拟)如图138所示为一竖直放置、上粗下细且上端开口的薄壁玻璃管，上部和下部的横截面积之比为21，上管足够长，下管长度l34 cm在管内用长度h4 cm的水银封闭一定质量的理想气体，气柱长度l120 cm大气压强p076 cmhg，气体初始温度为t1300 k图138(1)若缓慢升高气体温度，使水银上端面到达粗管和细管交界处，求此时的温度t2；(2)继续缓慢升高温度至水银恰好全部进入粗管，求此时的温度t3 【导学号：17214199】【解析】(1)气体做等压变化，l2lh30 cm根据盖吕萨克定律有：代入数据解得：t2t1450 k(2)p180 cmhgp378 cmhgl334 cm根据理想气体状态方程有代入数据得：t3t149725 k【答案】(1)450 k(2)49725 k考向2汽缸类问题12(2017南通一模)如图139所示，在开口向上、竖直放置的薄壁圆柱形容器内用质量m20 kg的活塞密封一部分气体，活塞在容器内能自由滑动且保持水平，容器的底面积s100 cm2，开始时气体的温度t1280 k，活塞到容器底的距离h1200 cm在气体从外界吸收q40 j热量的过程中，活塞缓慢上升的距离h10 cm已知大气压强p010105 pa，重力加速度g10 m/s2求：图139(1)活塞停止上升时容器内气体的温度t2；(2)密闭气体内能的增加量u【解析】(1)活塞上升过程中，由盖吕萨克定律有：则有：t2t1t1280294 k(2)活塞上升的过程，外界对系统做的功为：w(mgp0s)h由热力学第一定律有：uqw解得：u298 j【答案】(1)294 k(2)298 j13(2017徐州模拟)如图1310所示，内壁光滑、导热良好的汽缸中封闭了一定质量的理想气体，活塞到缸底的距离h05 m已知活塞质量m2 kg，横截面积s1103 m2，环境温度t0 且保持不变，外界大气压强p01105 pa，阿伏加德罗常数na61023 mol1，标准状态下气体的摩尔体积vmol224 l/mol，g10 m/s2现将汽缸缓慢地转至开口水平，求：图1310(1)汽缸开口