高考物理一轮复习讲义 第1讲 分子动理论 内能 新人教版选修33.doc

第1讲分子动理论内能分子动理论的基本观点和实验依据阿伏加德罗常数(考纲要求)1物体是由大量分子组成的(1)分子的大小一般分子直径的数量级：1010m估测的方法：油膜法(2)一般分子质量的数量级：1026 kg(3)阿伏加德罗常数1 mol的任何物质中含有相同的粒子数，用符号na表示，na6.021023mol1.na是联系宏观量和微观量的桥梁，na，na.(4)分子模型球体模型直径为d 立方体模型边长为d2分子永不停息地做无规则热运动(1)扩散现象：相互接触的物体互相进入对方的现象温度越高，扩散越快(2)布朗运动的特点：永不停息、无规则运动；颗粒越小，运动越剧烈；温度越高，运动越剧烈；运动轨迹不确定(3)布朗运动和热运动的比较布朗运动热运动共同点都是无规则运动，都随温度的升高而变得更加剧烈不同点运动物体小颗粒分子运动观察光学显微镜电子显微镜联系布朗运动是由于小颗粒受到周围分子热运动的撞击力而引起的，它是分子做无规则运动的反映3.分子间存在着相互作用力(1)分子间同时存在相互作用的引力和斥力(2)分子力是分子间引力和斥力的合力(3)r0为分子间引力和斥力大小相等时的距离，其数量级为1010 m.图111(4)如图111所示，分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但总是斥力变化得较快rr0时，f引f斥，分子力f0；rr0时，f引和f斥都随距离的增大而减小，但f斥和f引减小得更快，分子力f表现为引力；r10r0(109 m)时，f引、f斥迅速减弱，几乎为零，分子力f0.温度是分子平均动能的标志、内能(考纲要求)分子动能、分子势能和物体的内能分子动能分子势能内能定义分子无规则运动的动能(即热运动)分子间有作用力，由分子间相对位置决定的势能物体中所有分子的热运动的动能和分子势能的总和续表影响因素微观分子运动的快慢分子相对位置，分子力分子动能与分子势能之和宏观温度体积温度、体积、物质的量改变方式升高或降低温度增大或减小体积做功和热传递(二者实质不一样)温度是分子平均动能的标志温度、分子动能、分子势能或内能只对大量分子才有意义任何物体都有内能体积增大分子势能不一定增大(如水变成冰)实验：用油膜法估测分子的大小注意事项1实验前应检查方盘是否干净2方盘中的水应保持稳定状态，最好静置一段时间，痱子粉均匀撒在水面上3向水面滴油酸酒精溶液时，针尖应竖直、靠近水面，如果离水面太高，可能无法形成油膜最好在1 cm左右4计算油膜面积时，以坐标纸上方格的数目来计算，不足半个的舍去，多于半个的算1个1下列关于布朗运动的说法，正确的是()a布朗运动是液体分子的无规则运动b布朗运动是指悬浮在液体中的固体分子的无规则运动c布朗运动说明了液体分子与悬浮颗粒之间存在着相互作用力d观察布朗运动会看到，悬浮的颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈解析布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，小颗粒由许多分子组成，所以布朗运动不是分子的无规则运动，也不是指悬浮颗粒内固体分子的无规则运动，故a、b选项错误，布朗运动虽然是由液体分子与悬浮颗粒间相互作用引起的，但其重要意义是反映了液体分子的无规则运动，而不是反映了分子间的相互作用，故c选项错误观察布朗运动会看到固体颗粒越小、温度越高，布朗运动越明显，故d选项正确答案d2下列关于分子热运动的说法中正确的是()a布朗运动就是液体分子的热运动b气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力c对于一定量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它的内能一定减小d如果气体温度升高，分子平均动能会增加，但并不是所有分子的速率都增大解析布朗运动是悬浮在液体中小颗粒的运动；气体分子散开的原因在于气体分子能做无规则热运动；对于一定量的理想气体，在压强不变的情况下，体积增大，温度升高，分子平均动能增加，理想气体分子势能为零，所以内能增大答案d3设某种物质的摩尔质量为，分子间平均距离为d，已知阿伏加德罗常数为na，则该物质的密度可表示为()a bc d解析分子为球形时，1 mol物质的体积： d3na，则，故a错误分子为正方体时，1 mol物质的体积：d3na，则，故b正确答案b图1124如图112所示，用f表示两分子间的作用力，ep表示分子间的分子势能，在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中()af不断增大，ep不断减小bf先增大后减小，ep不断减小cf不断增大，ep先增大后减小df、ep都是先增大后减小解析分子间的作用力是矢量，分子势能是标量，由图象可知f先增大后减小，ep则不断减小，b正确答案b5用油膜法估测分子大小的实验步骤如下：向体积为v1的纯油酸中加入酒精，直到油酸酒精溶液总量为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3040 cm的浅盘里倒入2 cm深的水；用注射器往水面上滴一滴上述溶液，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形状；将画有油酸薄膜轮廓形状的玻璃板，放在画有许多边长为a的小正方形的坐标纸上；计算出轮廓范围内正方形的总数为n，其中不足半个格的两个格算一格，多于半个格的算一格上述实验步骤中有遗漏和错误，遗漏的步骤是_；错误的步骤是_(指明步骤，并改正)，油酸分子直径的表达式d_.解析本题考查的是用油膜法测分子直径，意在考查学生对单分子油膜的理解和粗略估算能力本实验中为了使油膜不分裂成几块，需在水面上均匀撒上痱子粉；由于本实验只是一种估算，在数油膜所覆盖的坐标格数时，大于半个格的算一个格，少于半个格的舍去；油酸溶液在水面上充分扩散后形成一层单分子油膜，油膜厚度可看成分子直径，由题意可知，油酸溶液的浓度为，一滴油酸溶液的体积为，一滴油酸溶液中含纯油酸体积为，一滴油酸溶液形成的油膜面积为na2，所以油膜厚度即分子直径d.答案将痱子粉均匀撒在水面上错误的步骤是，应该是不足半个格的舍去，多于半个格的算一格考点一微观量的估算【典例1】 一气泡从湖底上升到湖面，已知气泡内气体的密度为1.29 kg/m3，平均摩尔质量为0.029 kg/mol.阿伏加德罗常数na6.021023 mol1，取气体分子的平均直径为21010 m若气泡内的气体能完全变为液体，请估算液体体积与原来气体体积的比值(结果保留一位有效数字)解析题目考查利用阿伏加德罗常数进行估算设气体体积为v1，液体体积为v2，由此可知，气泡内气体的质量为：mv1，物质的量为：n.则气泡内的分子个数为：nnnana.将分子视为球体，每个分子的体积：v分 d3.对液体来说，忽略分子间隙，则液体体积为：v2nv分，由此可知：.代入数据解得1104.(91052104都算正确)答案见解析在求解与阿伏加德罗常数有关的计算问题时，总体思路是质量、摩尔质量摩尔数体积、摩尔体积分子数【变式1】 已知铜的摩尔质量为m(kg/mol)，铜的密度为(kg/m3)，阿伏加德罗常数为na(mol1)下列判断错误的是()a1 kg铜所含的原子数为b1 m3铜所含的原子数为c1个铜原子的质量为(kg)d1个铜原子的体积为(m3)解析1 kg铜所含原子个数nna，a正确；同理1 m3铜原子的原子数nna，b错误；1个铜原子质量m0(kg)，c正确；1个铜原子体积v0(m3)，d正确答案b考点二分子间作用力、分子势能、分子力做功【典例2】 如图113所示，图113甲分子固定在坐标原点o，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，f0为斥力，f0为引力，a、b、c、d为x轴上四个特定的位置现把乙分子从a处由静止释放，则()a乙分子由a到b做加速运动，由b到c做减速运动b乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大c乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子势能一直增大d乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增加解析由题意可知，乙分子由a到c的过程中，两分子间表现为引力，分子力做正功，动能一直增大，分子势能一直减少，到c点时加速度为零，速度达最大，因此，a错误，b正确，c错误；b到c分子间表现为引力，分子力做正功，分子势能减少，c到d分子间表现为斥力，斥力做负功，分子势能增加，因此，d错误答案b【变式2】 (2012广东一模)某一密闭容器中密封着一定质量的某种实际气体，气体分子间的相互作用力表现为引力关于实际气体的下列说法中正确的是()a在完全失重的情况下，密封容器内的气体对器壁的顶部没有作用力b若气体膨胀对外界做功，则分子势能一定增大c若气体被压缩，外界对气体做功，则气体内能一定增加d若气体从外界吸收的热量等于膨胀对外界做的功，则气体分子的动能一定不变解析在完全失重的情况下，密封容器内的气体仍然有压强，气体对器壁的顶部有作用力，所以a错误；体积膨胀，分子间距离增大，分子力做负功，气体的分子势能增加，b正确；外界对气体做功，但气体有可能向外界放热，所以内能的变化情况不能确定，c错误；气体从外界吸收的热量等于膨胀对外界做的功，所以内能不变，但分子势能增大了，所以分子动能一定减小，即d错误答案b考点三油膜法估测分子大小【典例3】 图114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廊，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图114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.一滴油酸酒精溶液纯油酸体积：vv8106 ml.(3)油酸分子的直径：d m71010 m.答案(1)1153(2)8106(3)71010【变式3】 “用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下a将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油酸膜的面积s.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后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上c用浅盘装入约2 cm深的水d用公式d，求出薄膜厚度，即油酸分子直径的大小e根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积v.上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完整的，请指出：(1)_(2)_上述实验步骤的合理顺序是_某同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较，数据偏大，对出现这种结果的原因，下列说法中可能正确的是_a错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算b计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理c计算油酸膜面积时，只数了完整的方格数d水面上痱子粉撒得较多，油酸膜没有充分展开答案(1)c步骤中，要在水面上撒上痱子粉或石膏粉(2)实验时，还需要：f.用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时液滴的数目实验步骤的合理顺序是cfbaed.正确的说法是acd.一、对分子动理论有关内容的考查(高频考查)1(2010四川)下列现象中不能说明分子间存在分子力的是()a两铅块能被压合在一起 b钢绳不易被拉断c水不容易被压缩 d空气容易被压缩解析空气容易压缩是因为分子间距大，而水不容易压缩是因为分子间距小，轻微压缩都使分子力表现为斥力a、b、c说明存在分子力答案d2(2010上海)分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生，并随着分子间距的变化而变化，则()a分子间引力随分子间距的增大而增大b分子间斥力随分子间距的减小而增大c分子间相互作用力随分子间距的增大而增大d分子间相互作用力随分子间距的减小而增大解析分子间的引力和斥力都随分子间距离增大而减小斥力变化得快些，据此可知a项错误、b项正确分子间相互作用力是分子引力与分子斥力的合力，简称分子力分子力随分子间距的变化特点是非单调的，有最小值，故c、d两项均错分子力和分子间距离关系图象如图所示选b.答案b图1153(2010全国卷改编)如图115所示为两分子系统的势能ep与两分子间距离r的关系曲线下列说法正确的是()a当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力b当r小于r1时，分子间的作用力表现为引力c当r等于r2时，分子间的作用力为零d在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功解析分子间距等于r0时分子势能最小，即r0r2.当r小于r1时分子力表现为斥力；当r大于r1小于r2时分子力表现为斥力；当r大于r2时分子力表现为引力，a、b错，c对在r由r1变到r2的过程中，分子斥力做正功，分子势能减小，d错误答案c图1164(2011广东卷，13)如图116所示，将两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来，下面的铅柱不脱落，主要原因是()a铅分子做无规则热运动b铅柱受到大气压力作用c铅柱间存在万有引力作用d铅柱间存在分子引力作用解析由于铅柱较软，且接触面平滑，用力压紧，使得铅分子间的距离小到分子力起作用的距离，分子引力的作用使铅柱在钩码的拉力下未分开，d正确答案d二、油膜法测分子直径(低频考查)5(2011全国卷，22)在用“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上完成下列填空：(1)上述步骤中，正确的顺序是_(填写步骤前面的数字)(2)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2.由此估算出油酸分子的直径为_m(结果保留一位有效数字)解析根据纯油酸的体积v和油膜面积s，可计算出油膜的厚度l，把油膜厚度l视为油酸分子的直径，则d，每滴油酸酒精溶液的体积是 cm3，而1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液，则一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积是v cm3，则根据题目要求保留一位有效数字可知油酸分子的直径为51010 m.答案(1)(2)510101(2011四川卷，14)气体能够充满密闭容器，说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外()a气体分子可以做布朗运动b气体分子的动能都一样大c相互作用力十分微弱，气体分子可以自由运动d相互作用力十分微弱，气体分子间的距离都一样大解析布朗运动是悬浮在液体中的微粒的运动，布朗运动不是分子运动，选项a错误；气体分子的速度不一定一样大，动能不一定一样大，选项b错误；气体分子可以自由运动，相互作用力十分微弱，但距离不一定一样大，选项c正确、d错误答案c2分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质据此可判断下列说法中错误的是()a显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性b分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大c分子势能随着分子间距离的增大，可以先减小后增大d在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素解析a选项中小炭粒做布朗运动反映了液体分子的无规则热运动，故a是正确的；b选项中分子间的相互作用力在间距rr0的范围内，随分子间距的增大而减小，故b是错误的；c选项中分子势能在rr0时，分子势能随r的增大而增大，故c选项是正确的；d选项中真空环境是为防止其他杂质的介入，而高温条件下，分子热运动剧烈，有利于所掺入元素分子的扩散，故错误选项为b.答案b图1173给体积相同的玻璃瓶a、b分别装满温度为60 的热水和0 的冷水(如图117所示)(1)关于温度，下列说法中正确的是()a温度是分子平均动能的标志，所以a瓶中水分子的平均动能比b瓶中水分子的平均动能大b温度越高，布朗运动愈显著，所以a瓶中水分子的布朗运动比b瓶中水分子的布朗运动更显著ca瓶中水的内能与b瓶中水的内能一样大d由于a、b两瓶水体积相等，所以a、b两瓶中水分子间的平均距离相等(2)若把a、b两只玻璃瓶并靠在一起，则a、b瓶内水的内能都将发生改变，这种改变内能的方式叫_，而且热量只能由_瓶传到_瓶，由此可进一步认识到热力学第二定律的实质是_(3)已知水的相对分子量是18.若b瓶中水的质量为3 kg，水的密度为1.0103 kg/m3，阿伏加德罗常数na6.021023 mol1，求b瓶中水分子个数约为多少？解析(1)布朗运动不是水分子而是液体中小颗粒的无规则运动，所以b错由于a、b两瓶中水的密度不同(热水的密度较小)，所以a、b两瓶中水的质量不同，水分子的个数不同，水分子间的平均距离也不相等，所以只有a正确(3)根据题意，水的摩尔质量为18 g/mol，b瓶中水的摩尔数为n mol mol，所以b瓶中水分子个数约为nnna1.01026个答案(1)a(2)热传递ab自然界中进行的与热现象有关的宏观过程都具有方向性(3)1.01026个4(1)下列说法中正确的是_a气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大b把两块纯净的铅压紧，它们会“粘”在一起，说明分子间存在引力c破碎的玻璃不能重新拼接在一起是因为其分子间存在斥力作用d分子a从远处趋近固定不动的分子b，只受分子之间作用力，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能为零(2)目前，环境污染已非常严重，瓶装纯净水已经占领柜台再严重下去，瓶装纯净空气也会上市设瓶子的容积为500 ml，空气的摩尔质量m29103 kg/mol.按标准状况计算，na6.01023 mol1，试估算：空气分子的平均质量是多少？一瓶纯净空气的质量是多少？一瓶中约有多少个气体分子？解析(1)气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，但是气体的压强不一定增大，还要看分子的密集程度，a项错误；把两块纯净的铅压紧，它们会“粘”在一起，是分子间引力的作用，b项正确；玻璃断面凹凸不平，即使用很大的力也不能使两断面间距接近分子引力作用的距离，所以碎玻璃不能接合，若把玻璃加热，玻璃变软，则可重新接合，所以c项错误；分子a从远处趋近固定不动的分子b，只受分子之间作用力，先是引力做正功，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大，d项错误(2)m kg4.81026 kgm空v瓶 kg6.5104 kg分子数nnna na1.31022个答案(1)b(2)4.81026 kg6.5104 kg1.31022个5(2011上海单科)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4.8103 ml，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：d m1.2109 m.答案(1)在量筒中滴入n滴溶液在水面上先撒上痱子粉(2)1.21096(2011江苏单科)某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前，查阅数据手册得知：油酸的摩尔质量m0.283 kgmol1，密度0.895103 kgm3.若100滴油酸的体积为1 ml，则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少？(取na6.021023 mol1，球的体积v与直径d的关系为vd3，结果保留一位有效数字)解析一个油酸分子的体积v，由vd3可是d .最大面积s，解得s1104 m2.答案1104 m27(2010江苏单科)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