专题15-1-分子动理论【讲】【学生版】

专题15.1分子动理论【讲】目录TOC\o"1-3"\h\u一讲核心素养 1二讲必备知识 1【知识点一】物体是由大量分子组成的 1【知识点二】分子永不停息的做无规则运动 4【知识点三】分子力与分子势能 6三．讲关键能力会用油膜法估测油酸分子的大小 9一讲核心素养物理观念：布朗运动、内能、扩散现象。1.了解扩散现象并能解释布朗运动.2.了解物体内能的决定因素.科学思维：分子动理论“油膜法”。1.掌握分子模型的构建与分子直径的估算方法，了解分子动理论的基本观点.2.知道分子力随分子间距离变化的图象3.科学探究：通过实验，估测油酸分子的大小。二讲必备知识【知识点一】物体是由大量分子组成的1．宏观量与微观量之间的关系宏观量桥梁微观量摩尔质量Mmol阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1分子的质量：m0＝eq\f(Mmol,NA)＝eq\f(ρVmol,NA)摩尔体积Vmol分子的体积：V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(Mmol,ρNA)(固体、液体)对气体，V0为分子所占空间物质的量n＝eq\f(m,Mmol)＝eq\f(V,Vmol)分子数：N＝n·NA2．分子模型固体、液体固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形分子直径d＝eq\r(3,\f(6V,π))(球体模型)或d＝eq\r(3,V)(立方体模型)气体气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(Mmol,ρNA)不是气体分子的体积，而是分子所占有的平均空间。分子间距d＝eq\r(3,V)【例1】(2021·江苏泰州市5月第二次模拟)水的密度ρ＝1.0×103kg/m3、摩尔质量M＝1.8×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数为NA＝6.02×1023mol－1，一滴露水的体积大约是9.0×10－8cm3，它含有__________个水分子，如果一只极小的虫子来喝水，每分钟喝进9.0×107个水分子时，喝进水的质量是__________kg。(结果保留2位有效数字)【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。【技巧总结】1．求解分子直径时的两种模型(固体和液体)(1)把分子看成球形，d＝eq\r(3,\f(6V0,π))。(2)把分子看成小立方体，d＝eq\r(3,V0)。[注意]对于气体，利用d＝eq\r(3,V0)算出的不是分子直径，而是气体分子间的平均距离。2．宏观量与微观量的相互关系(1)微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0等。(2)宏观量：物体的体积V、密度ρ、质量m、摩尔质量M、摩尔体积Vmol、物质的量n等。(3)相互关系①一个分子的质量：m0＝eq\f(M,NA)＝eq\f(ρVmol,NA)。②一个分子的体积：V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(M,ρNA)(估算固体、液体分子的体积或气体分子所占空间体积)。③物体所含的分子数：N＝n·NA＝eq\f(m,M)·NA＝eq\f(V,Vmol)·NA。【变式训练1】(多选)(2021·武汉模拟)若以V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，M表示水的摩尔质量，M0表示一个水分子的质量；V0表示一个水分子的体积，NA表示阿伏加德罗常数，则下列关系式中正确的是()A．V＝eq\f(M,ρ)B．V0＝eq\f(V,NA)C．M0＝eq\f(M,NA)D．ρ＝eq\f(M,NAV0)E．NA＝eq\f(ρV,M0)【变式训练2】．空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥。某空调工作一段时间后，排出液化水的体积V＝1.0×103cm3。已知水的密度ρ＝1.0×103kg/m3、摩尔质量M＝1.8×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1。试求：(结果均保留一位有效数字)(1)该液化水中含有水分子的总数N；(2)一个水分子的直径d。【知识点二】分子永不停息的做无规则运动扩散现象布朗运动实验图定义不同物质能够彼此进入对方的现象叫做扩散。悬浮在液体中的小颗粒的永不停息地无规则运动叫做布朗运动。条件分子不停的做无规则运动及分子间有空隙。颗粒足够小，肉眼看不见，使用光学显微镜观察现象温度越高，扩散现象越明显。永不停息，无规则；颗粒越小，温度越高，布朗运动越明显。（注意：实验中描绘的是颗粒每隔30s的位置连线，不是运动轨迹。）原因分子不停的做无规则运动及分子间有空隙。扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的。布朗运动的无规则性是液体(气体)分子运动无规则性的反映；温度越高，分子运动越剧烈；颗粒越小，撞击的分子数目越少，分子运动越不平衡，布朗运动越明显。实质扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的。布朗运动是由成千上万个分子组成的“分子集团”即固体颗粒的运动，间接反映液体(气体)分子的运动。【例2】[2021·1月重庆市学业水平选择性考试适应性测试，15(1)]以下现象中，主要是由分子热运动引起的是()A.菜籽油滴入水中后会漂浮在水面B.含有泥沙的浑水经过一段时间会变清C.密闭容器内悬浮在水中的花粉颗粒移动D.荷叶上水珠成球形【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念。【变式训练1】(2021·北京市昌平区二模练习)某同学在显微镜下观察水中悬浮的花粉微粒的运动。他把小微粒每隔一定时间的位置记录在坐标纸上，如图所示。则该图反映了()A.液体分子的运动轨迹B.花粉微粒的运动轨迹C.每隔一定时间花粉微粒的位置D.每隔一定时间液体分子的位置【变式训练2】(多选)在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长的时间后，该气体()A.分子的无规则运动停息下来B.每个分子的速度大小均相等C.分子的平均动能保持不变D.分子的密集程度保持不变【知识点三】分子力与分子势能名称项目分子间的相互作用力F分子势能Ep与分子间距的关系图像随分子间距的变化情况r<r0F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引<F斥，F表现为斥力r增大，斥力做正功，分子势能减少r减小，斥力做负功，分子势能增加r>r0F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引>F斥，F表现为引力r增大，引力做负功，分子势能增加r减小，引力做正功，分子势能减少r＝r0F引＝F斥，F＝0分子势能最小，但不为零r>10r0(10－9m)F引和F斥都已十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力分子势能为零面积与斜率面积：分子力做的功斜率：分子力5．判断分势能的变化有两种方法(1)看分子力的做功情况。(2)直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断，但要注意其和分子力与分子间距离的关系图线的区别。记住一个位置分子势能最小（不为零，且为负）——平衡位置；两个位置分子势能为零——无穷远处和小于r0处。分子力为零，分子势能不为零，最小且为负。【例3】[2020·全国卷Ⅰ，33(1)]分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示，r＝r1时，F＝0。分子间势能由r决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O，另一分子从距O点很远处向O点运动，在两分子间距减小到r2的过程中，势能________(填“减小”“不变”或“增大”)；在间距由r2减小到r1的过程中，势能________(填“减小”“不变”或“增大”)；在间距等于r1处，势能________(填“大于”“等于”或“小于”)零。【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。【规律方法】分子力及分子势能图象分子力F分子势能Ep图象随分子间距离的变化情况r<r0F随r增大而减小，表现为斥力r增大，F做正功，Ep减小r>r0r增大，F先增大后减小，表现为引力r增大，F做负功，Ep增大r＝r0F引＝F斥，F＝0Ep最小，但不为零r>10r0引力和斥力都很微弱，F＝0Ep＝0【变式训练1】(多选)(2021·山东济南市5月高考模拟)(多选)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0。相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近。若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是()A．在r>r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小B．在r<r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小C．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大D．在r＝r0时，分子势能为零E．分子动能和势能之和在整个过程中不变【变式训练2】由于水的表面张力，荷叶上的小水滴总是球形的。在小水滴表面层中，水分子之间的相互作用总体上表现为__________(选填“引力”或“斥力”)。分子势能Ep和分子间距离r的关系图像如图7所示，能总体上反映小水滴表面层中水分子势能Ep的是图中__________(选填“A”“B”或“C”)的位置。【例4】(多选)(2021·湖南邵阳二模)热学现象在生活中无处不在，下列与此有关的分析正确的是()A．固体很难被压缩是因为分子之间有斥力B．物体吸收热量，其内能一定增加C．温度高的物体，其内能一定大D．气体在对外做功的过程中，其内能可能增加E．中午闻到食堂炒菜的香味是因为分子的运动【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。【规律方法】分析物体内能问题的四点提醒(1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法。(2)决定内能大小的因素为温度、体积、物质的量以及物质状态。(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能。(4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同。【变式训练1】(多选)对于实际的气体，下列说法正确的是()A.气体的内能包括气体分子的重力势能B.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能C.气体的内能包括气体整体运动的动能D.气体的体积变化时，其内能可能不变E.气体的内能包括气体分子热运动的动能【变式训练2】(多选)关于气体的内能，下列说法正确的是()A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C．气体被压缩时，内能可能不变D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加三．讲关键能力会用油膜法估测油酸分子的大小1.实验原理实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小。当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸酒精溶液就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成如图甲所示形状的一层纯油酸薄膜。如果算出一定体积的油酸酒精溶液在水面上形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分子的大小。用V表示一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积，用S表示单分子油膜的面积，用d表示分子的直径，如图乙所示，则d＝eq\f(V,S)。2.实验器材盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或细石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。3.实验步骤(1)用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以免给实验带来误差。(2)配制油酸酒精溶液，取纯油酸1mL，注入500mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中，这样就得到了500mL含1mL纯油酸的油酸酒精溶液。(3)用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n。(4)根据V0＝eq\f(Vn,n)算出每滴油酸酒精溶液的体积V0。(5)向浅盘里倒入约2cm深的水，并将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上。(6)用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。(7)待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上。(8)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)。(9)根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝eq\f(V,S)算出油酸薄膜的厚度d。(10)重复以上实验步骤，多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小。4.注意事项(1)注射器针头高出水面的高度应在1cm之内，当针头靠水面很近(油酸未滴下之前)时，会发现针头下方的粉层已被排开，这是针头中酒精挥发所致，不影响实验效果。(2)待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因：①水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；②酒精挥发后液面收缩。(3)当重做实验时，将水从浅盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样做可保持浅盘的清洁。(4)本实验只要求估测分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。【例1】(2021·安徽蚌埠市第二次质检)在做“用油膜法估测分子的大小”实验时，在每200mL油酸酒精溶液中有纯油酸1mL，实验中利用注射器测出200滴该溶液的体积为1mL，已知1滴该溶液滴入浅水盘中最终形成的油膜面积为175cm2，则油酸分子大小约为__________m(保留3位有效数字)。在该实验中，液体表面的张力使液滴从针头滴落时呈现球状，则液体表层分子间作用力表现为__________(填“引力”或“斥力”)，分子间距离__________(填“大于”“等于”或“小于”)液体内分子的平衡距离。【变式训练1】用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是_______________________________________________________