高中物理 7.1 物体是由大量分子组成的课件 新人教版选修33.ppt

1 实验目的 用油膜法估测分子的大小 2 实验原理把一定体积的油酸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滴油酸中含有纯油酸的体积v并测出油膜面积s 通过计算求出油膜的厚度d 即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 浅水盘 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2cm深的水 将痱子粉或细石膏粉均匀撒在水面上 2 取1毫升 1cm3 的油酸溶于酒精中 制成200毫升的油酸酒精溶液 3 用注射器往量筒中滴入1ml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 4 将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上 5 待油酸薄膜形状稳定后 将玻璃板放在浅盘上 用彩笔画出油酸薄膜的形状 6 将玻璃板放在坐标纸上 算出油酸薄膜的面积s或者玻璃板上有边长为1cm的方格的个数 通过数方格个数 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 7 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 8 计算油酸薄膜的厚度 即为油酸分子的大小 5 注意事项 1 油酸酒精溶液配制好后 不要长时间放置 以免造成溶液浓度改变 产生误差 油酸酒精溶液的浓度以小于0 001为宜 2 实验之前应练习好滴定方法 注射器针头高出水面的高度应在1cm之内 3 待测油酸液面扩散后又收缩 要在稳定后再画轮廓 扩散后又收缩有两个原因 第一 水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复 第二 酒精挥发后液面收缩 4 当重做实验时 水从盘的一侧边缘倒出 在这侧边缘会残留油酸 可用少量酒精清洗 并用脱脂棉擦拭 再用清水冲洗 这样做可保持盘的清洁 5 从盘的中央加痱子粉或细石膏粉 粉自动扩散至均匀 这是由于以下两种因素所致 第一 加粉后水的表面张力系数变小 水将粉粒拉开 第二 粉粒之间的排斥 这样做比将粉撒在水面上的效果好 6 本实验只要求估算分子的大小 实验结果的数量级符合要求即可 6 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 3 油膜的面积s n 1cm2 n为有效格数 小方格的边长为1cm 4 分子直径 代入数据时注意单位的统一 简化处理是在一定场合 一定条件下 突出客观事物的某种主要因素 忽略次要因素而建立的 将分子简化成球形 并且紧密排列 有利于主要问题的解决 典例1 2011 大纲版全国卷 在 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40cm的浅盘里倒入约2cm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1cm3的油酸溶于酒精 制成300cm3的油酸酒精溶液 测得1cm3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 13m2 由此估算出油酸分子的直径为 m 结果保留1位有效数字 解题指导 标准解答 1 实验操作开始之前要先配制油酸酒精溶液 确定每一滴溶液中含有纯油酸的体积 所以步骤 放在首位 实验操作时要在浅盘放水 痱子粉 为油膜形成创造条件 然后是滴入油酸 测量油膜面积 计算油膜厚度 即油酸分子直径 所以接下来的步骤是 2 油酸溶液的体积百分比浓度是一滴溶液的体积是cm3 2 10 8m3 所以分子直径答案 1 2 5 10 10 规律方法 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 最后利用公式求出的数值就是分子直径的大小 变式训练 2011 江苏高考 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m 0 283kg mol 1 密度 0 895 103kg m 3 若100滴油酸的体积为1ml 则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少 取na 6 02 1023mol 1 球的体积v与直径d的关系为结果保留一位有效数字 解析 一个油酸分子的体积分子直径为最大面积代入数据得 s 10m2 答案 10m2 变式备选 油膜法粗略测定分子直径的实验基础是 a 把油酸分子视为球形 其直径即为油膜的厚度b 让油酸在水面上充分散开 形成单分子油膜c 油滴扩散为油膜时体积不变d 油酸分子直径的数量级是10 10m 解析 选a b c 油酸分子可视为球形 油膜的厚度可看成分子直径 油酸分子可看成一个挨一个排列 油滴扩散为油膜时体积不变 即v sd d项本身是正确的 但此项不是本实验的基础 故不选d项 1 桥梁和纽带作用阿伏加德罗常数是宏观世界和微观世界之间的一座桥梁 它把摩尔质量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等微观量联系起来 下图将这种关系呈现得淋漓尽致 其中密度但要切记是没有物理意义的 2 重要的关系式 1 分子的质量 2 分子的体积 适用于固体和液体 3 单位质量中所含有的分子数 4 单位体积中所含有的分子数 5 气体分子间的平均距离 v0为气体分子所占据空间的体积 6 固体 液体分子直径 1 固体 液体分子可视为球形 分子间紧密排列可忽略间隙 2 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正方体 其边长即为气体分子间的距离 典例2 2010 江苏高考 已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1 3kg m3和2 1kg m3 空气的摩尔质量为0 029kg mol 阿伏加德罗常数na 6 02 1023mol 1 若潜水员呼吸一次吸入2l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 解题指导 解答本题时可按以下思路进行 标准解答 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在岸上吸入的分子数则有代入数据得 n 3 1022 规律方法 1 求气体分子数的方法 计算气体分子数一定要先计算物质的量 气体的分子数等于物质的量乘以阿伏加德罗常数 2 求物质的量的方法 利用物质的量等于质量除以摩尔质量 利用物质的量等于标准状况下体积除以标准状况下的摩尔体积 变式训练 试估算在标准状态下空气分子的平均距离 取标准状态下气体的摩尔体积22 4 10 3m3 mol 解析 此题关键是建立气体分子的立方体模型 将分子看做是一个质点 并处在规则且均匀分布的正方体中心 小正方体的体积是分子平均占据空间的大小 如图所示 设l为小正方体的边长 d为分子间距 若取1mol标准状态下的氢气 则 答案 3 3 10 9m 典例 2011 西城高二检测 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 解题指导 解答本题应该把握以下三点 1 利用阿伏加德罗常数计算出1g水的分子个数 2 求出数完分子数所用的时间 用小时表示 3 把时间单位由小时转化为年 标准解答 选c 1g水所包含的分子个数 60亿人每小时可以数的分子数 不间断数完所用的时间故所需时间最接近10万年 一 选择题1 已知某气体的摩尔体积为22 4l mol 摩尔质量为18g mol 阿伏加德罗常数为6 02 1023mol 1 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 选a c d 实际上气体分子之间的距离远比分子本身的线度大得多 即气体分子之间有很大空隙 故不能根据计算分子体积 这样算得的应是该气体每个分子所占据的空间 故c正确 可认为每个分子平均占据了一个小立方体空间 即为相邻分子之间的平均距离 d正确 每个分子的质量显然可由估算 a正确 2 关于分子 下列说法中正确的是 a 分子是球形的 就像我们平时用的乒乓球有弹性 只不过分子非常非常小b 所有分子的直径都相同c 不同分子的直径一般不同 但数量级基本一致d 测定分子大小的方法只有油膜法一种方法 解析 选c 分子的形状非常复杂 为了研究和学习的方便 把分子简化为球形 实际上其不是真正的球形 故a项错误 不同分子的直径一般不同 但数量级基本一致 为10 10m 故b错 c对 油膜法只是测定分子大小的一种方法 还有其他方法 如扫描隧道显微镜观察法等 故d项错误 3 下列说法中正确的是 a 物体是由大量分子组成的b 无论是无机物质的分子 还是有机物质的大分子 其分子大小的数量级都是10 10mc 本节中所说的 分子 只包含化学中的分子 不包括原子和离子d 分子的质量是很小的 其数量级为10 10kg 解析 选a 物体是由大量分子组成的 故a项正确 一些有机物质的大分子大小的数量级超过10 10m 故b项错误 本节中把化学中的分子 原子 离子统称为分子 故c项错误 分子质量的数量级一般为10 26kg 故d项错误 4 2011 深圳高二检测 在用油膜法估测分子直径大小的实验中 若已知油滴的摩尔质量为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b 油滴分子直径c 油滴所含分子数d 油滴所含分子数 解析 选b d 用油膜法测分子直径 认为油膜的厚度就为分子直径 油滴的质量为m 最大面积为s 则油滴的体积为油滴分子直径为选项b对 a错 油滴的物质的量为油滴所含分子数为选项d对 c错 5 从下列哪一组数据可以算出阿伏加德罗常数 a 水的密度和水的摩尔质量b 水的摩尔质量和水分子的体积c 水分子的体积和水分子的质量d 水分子的质量和水的摩尔质量 解析 选d 阿伏加德罗常数是联系宏观世界和微观世界的桥梁 有两个主要公式求阿伏加德罗常数 分别为 和对应可得d项正确 a b c均不能求出na 6 最近发现的纳米材料具有很多优越性能 有着广阔的应用前景 在材料科学中纳米技术的应用日新月异 在1nm的长度上可以排列的分子 其直径约为10 10m 个数最接近于 a 1个b 10个c 100个d 1000个 解析 选b 纳米是长度的单位 1nm 10 9m 即1nm 10 10 10m 所以排列的分子个数接近于10个 b项正确 7 2011 济南高二检测 某同学在 用油膜法估测分子的大小 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 油酸中含有大量的酒精c 计算油膜面积时不足1格的全部按1格计算d 求每滴溶液的体积时 1ml的溶液的滴数多记了10滴 解析 选a 油酸分子直径计算结果明显偏大 可能是v取大了或s取小了 油酸未完全散开 所测s偏小 d偏大 a正确 油酸中含有大量的酒精 不影响结果 b错 若计算油膜面积时不足1格的全部按1格计算 使s变大 d变小 c错误 若求每滴溶液的体积时 1ml的溶液的滴数多记了10滴 使v变小 d变小 d不正确 8 已知阿伏加德罗常数为na 铜的摩尔质量为m kg mol 密度为 kg m3 下面的结论中正确的是 a 1m3铜所含原子的数目为b 1个铜原子的质量为c 1个铜原子的体积是d 1kg铜所含原子的数目为na 解析 选b c 固体与微观量之间的关系为摩尔质量 na 原子质量摩尔体积 na 原子体积故1m3铜所含原子数目为 故a项错误 1个铜原子的质量为故b项正确 一个铜原子的体积是故c项正确 1kg铜所含原子的数目为故d项错误 方法技巧 阿伏加德罗常数问题的两大误区误区一 误认为气体分子体积等于气体分子占有的体积 殊不知二者差距在1000倍左右 将会导致惊人的错误 误区二 误认为宏观密度等于分子质量除以分子体积 虽然利用阿伏加德罗常数可以推导出宏观密度等于分子质量除以分子体积 但此式没有物理意义 只是一个数学推导式 二 非选择题9 2011 南京高二检测 为保护环境和生态平衡 在各种生产活动中都应严禁污染水源 在某一水库中 一艘年久失修的快艇在水面上违规快速行驶 速度为8m s 导致油箱突然破裂 柴油迅速流入水中 从漏油开始到船员堵住漏油处共用1 5分钟 测量时 漏出的油已在水面上形成宽约为a 100m的长方形厚油层 已知快艇匀速运动 漏出油的体积v 1 44