选择性必修第三册 第一章 分子动理论第1-2节

PAGE1PAGE初探分子动理论的基本内容重难点题型难度高考中的地位重点1.分子动理论的基本内容（3条）2.阿伏加德罗常数的应用3.分子间作用力与分子间距离的关系图像选择题为主中等偏易热力学的基础，一般不单独命题。难点1.对扩散现象与布朗运动成因的理解2.分子大小的计算方法（阿加德罗常数的应用）物体是由大量分子组成的【问题思考】物理中的“分子”与化学中所讲的“分子”有何不同？要点提示：●化学中讲的分子是：保持物质化学性质的最小微粒●物理中所说的分子指的是：做热运动时遵从相同规律的微粒，包括组成物质的原子、离子或分子。1.分子在研究物体的热运动性质和规律时，把组成物体的微粒统称为分子。2.1mol水中含有水分子的数量：6.02×1023个。【这也足以表明，组成物体的分子是大量的。】【拓展提升】阿伏加德罗常数NA及其应用1.1mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量叫阿伏加德罗常数。2.阿伏加德罗常数NA是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。其中：密度ρ=mV=Mmol3.阿伏加德罗常数NA的妙用在已知宏观物理量的基础上往往可借助阿伏加德罗常数NA计算出某些微观物理量，常用的比较重要的计算有：（1）已知物质的摩尔质量M，借助于阿伏加德罗常数NA，可以求得这种物质的分子质量m0＝。（2）已知物质的摩尔体积VA，借助于阿伏加德罗常数NA，可以计算出这种物质的一个分子所占据的体积V0＝。（3）若物体是固体或液体，可把分子视为紧密排列的球体模型：从而可以估算出分子直径d＝（VA为物质的摩尔体积）。（4）依据求得的一个分子占据的体积V0，可估算分子间距，此时把每个分子占据的空间看作一个小立方体模型，所以分子间距d＝，这时气体、固体、液体均适用。（5）已知物体的体积V和摩尔体积VA，求物体的分子数N，则。（6）已知物体的质量m和摩尔质量M，求物体的分子数N，则。【小试牛刀】已知水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，水的摩尔质量M＝1.8×10－2kg/mol。求：（1）1g水中所含水分子数目；（2）水分子的质量；（3）水分子的直径。（保留两位有效数字）【思路分析】微观量的估算问题，我们要抓住的关键点在于：①宏观和微观的桥梁——阿伏加德罗常数NA；②微观模型的构建。解题时我们可以认为，水分子是一个挨一个紧密排列的，并将水分子视为球形就可以通过球的体积计算分子直径。【答案】（1）3.3×1022个（2）3.0×10－26kg（3）3.9×10－10m【解析】（1）因为1mol任何物质中含有分子数都是NA，所以只要知道了1g水的物质的量n，就可求得其分子总数N。1g水中所含水分子数目：N＝nNA＝NA＝×6.02×1023个＝3.3×1022个。（2）水分子的质量：m0＝＝kg＝3.0×10－26kg。（3）水的摩尔体积V＝，设水分子是一个挨一个紧密排列的，则一个水分子的体积V0＝＝。将水分子视为球形，则V0＝πd3，即：πd3＝解得d＝＝m＝3.9×10－10m。【点评】本题考查了阿伏加德罗常数的应用、分子数的估算等知识点。对于微观量的估算问题，解题关键是：（I）要牢牢抓住阿伏加德罗常数，它是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁。（2）估算分子质量时，不论是液体、固体、气体，均可用m＝来求解。（3）估算分子大小和分子间距时，对固体、液体与气体，应建立不同的微观结构模型。【拓展延伸】两种分子模型模型意义大小图例球体模型固体和液体可看成是由一个个紧挨着的球形分子排列而成的，忽略分子间的空隙。立方体模型气体分子间的空隙很大，把气体分成若干个小立方体，气体分子位于每个小立方体的中心，每个小立方体是每个分子平均占有的活动空间，这时忽略气体分子的大小。【问题思考】“墙角数枝梅，凌寒独自开。遥知不是雪，为有暗香来。”这是北宋诗人王安石的一首脍炙人口的诗歌，仿佛把我们也带入了一个梅香扑鼻的世界。那么，为什么诗人王安石没有靠近梅树，却能闻到梅花的香味呢？要点提示：梅香扑鼻正是分子热运动（扩散现象）最直接的证据。盛开的梅花，它的香气在空中不断地扩散，所以诗人不用靠近，就能闻到梅花的香气。同学，扩散也是我们能闻到油菜花香的原因哦。分子热运动一、扩散1.定义：不同的物质能够彼此进入对方的现象，叫做扩散。2.产生原因：由物质分子的无规则运动产生的。3.发生环境：物质处于固态、液态和气态时，都能发生扩散现象。4.意义：证明了物质分子永不停息地做无规则运动。5.规律：温度越高，扩散现象越明显。特别提醒：扩散现象在科学技术中有很多应用。例如：在生产半导体器件时，需要在纯净半导体材料中掺入其他元素。这一过程就可以在高温条件下通过分子的扩散来完成。6.对扩散的理解（1）影响扩散现象明显程度的因素①物态Ⅰ.气态物质的扩散最快、现象最显著。Ⅱ.固态物质的扩散最慢，短时间内现象非常不明显。Ⅲ.液态物质的扩散现象明显程度介于气态与固态之间。②温度在两种物质一定的前提下，扩散现象发生的显著程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著。③浓度差两种物质的浓度差越大，扩散现象越显著。（2）扩散现象的两个特点①永不停息：不分季节，也不分白天和黑夜，分子每时每刻都在运动。②无规则：单个分子的运动无规则，但大量分子的运动又具有规律性，总体上分子由浓度大的地方向浓度小的地方运动。【生活中的物理】下列是小明吃砂锅粥时碰到的现象，属于扩散现象的是（）A.米粒在水中上下翻滚B.粥熟时，香味四处飘散C.盐块放入水中，水变味道D.滴加香油时，周围可闻到香油气味【答案】BCD【解析】米粒在水中翻滚是米粒的运动，不是分子运动，不属于扩散现象；香味四处飘散，是分子扩散到空气中的结果，是扩散现象；盐块放入水中，水变味道，是因为盐分子运动到水中，是扩散现象；添加香油时，香油分子运动到空气中，使周围可闻到香油气味，是扩散现象，B、C、D正确。【点评】扩散现象是由分子的无规则运动引起的，除温度外，与重力等外界其他因素无关。对扩散现象的认识注意以下三点：（1）两种不同的物质；（2）以单个分子为单位彼此进入对方；（3）固体、液体、气体之间都可以进行。二、布朗运动1.概念：悬浮微粒的无规则运动叫作布朗运动。2.产生原因：大量液体（气体）分子对悬浮微粒撞击的不平衡造成的。3.布朗运动的特点：永不停息、无规则性。问题思考：为什么布朗运动是无规则的呢？原因分析：因为悬浮微粒受到液体分子在各个方向上撞击的不平衡是形成布朗运动的原因。由于液体分子的运动是无规则的，使微粒受到较强撞击的方向也不确定，所以布朗运动是无规则的。4.影响布朗运动剧烈程度的因素（1）微粒越小，布朗运动越明显悬浮微粒越小，某时刻与它相撞的分子数越少，来自各方向的冲击力越不平衡；另外微粒越小，其质量也就越小，相同冲击力下产生的加速度越大。因此，微粒越小，布朗运动越明显。（2）温度越高，布朗运动越激烈温度越高，液体分子的运动（平均）速率越大，对悬浮于其中的微粒的撞击作用也越大，产生的加速度也越大，因此温度越高，布朗运动越激烈。5.布朗运动的实质布朗运动不是分子的运动，而是悬浮微粒的运动，它间接地反映了液体（气体）分子的无规则运动。（1）布朗运动是无规则的分子运动是无规则的；（2）布朗运动是永不停息的分子运动是永不停息的；（3）温度越高，布朗运动越激烈温度越高，分子的运动越激烈。【总结提升】布朗运动和扩散现象的比较布朗运动扩散现象定义悬浮在液体（或气体）中的固体微粒的无规则运动不同物质能够彼此进入对方的现象产生条件固体微粒足够小，悬浮在液体或气体中两种不同物质相互接触产生原因直接原因：大量液体（或气体）分子对悬浮微粒的撞击而导致的不平衡性根本原因：液体（或气体）分子的无规则运动物质分子永不停息地做无规则运动影响因素①温度：温度越高，布朗运动越显著②固体微粒的大小：微粒越小，布朗运动越明显①温度：温度越高，扩散越快②与物质的浓度、状态等也有关现象本质布朗运动是液体或气体分子无规则运动的反映扩散现象是分子的运动联系它们都直接或间接地证实了分子的无规则运动三、热运动研究发现：在扩散现象中，温度越高，扩散得越快。观察布朗运动，也发现：温度越高，悬浮微粒的运动就越明显。可见，分子的无规则运动与温度有关系，温度越高，这种运动越剧烈。因此，我们把分子这种永不停息的无规则运动叫作热运动。温度是分子热运动剧烈程度的标志。1.定义：通常把分子永不停息的无规则运动叫作热运动。2.特点：永不停息、运动无规则、温度越高，分子热运动越激烈。3.宏观表现：扩散现象和布朗运动【总结提升】扩散现象、布朗运动与热运动的比较扩散现象布朗运动分子热运动活动主体分子固体微小颗粒分子区别分子的运动发生在固体、液体、气体等任何两种物质之间本质：气、液、固中分子的运动微小颗粒的运动不是分子的运动，而是比分子大得多的微小颗粒的运动本质：固体小颗粒的运动，是液体（气体）分子无规则运动的反映分子的运动，分子无论大小都做热运动，热运动不能通过光学显微镜直接观察到观察裸眼可见光学显微镜电子显微镜或扫描隧道显微镜共同点都在永不停息的无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈联系扩散现象和布朗运动都证实了分子在永不停息地做无规则运动【情境探究】蹦极是一项非常惊险刺激的户外休闲活动。跳跃者站在40米以上高度的桥梁、高台甚至热气球上，把一端固定的一根长长的弹性绳索绑在踝关节处，然后两臂伸开、双腿并拢跳下去。绑在跳跃者踝部的弹性绳索很长，足以使跳跃者在空中享受几秒钟的“自由落体”。蹦极所用的绳索具有很好的弹性，那么你知道绳索良好的弹性来源于哪里吗？要点提示：绳索良好的弹性来源于分子间的作用力。当绳索处于拉伸状态时，分子间距离也被拉大，大量分子间的作用力表现为引力，其宏观表现为绳索产生的弹力。分子间的作用力1.分子间有空隙（1）气体分子间的空隙：气体很容易被压缩，说明气体分子之间存在着很大的空隙。（2）液体分子间的空隙：水和酒精混合后总体积会减小，说明液体分子间有空隙。（3）固体分子间的空隙：压在一起的金片和铅片，各自的分子能扩散到对方的内部，说明固体分子间也存在着空隙。2.分子间作用力在任何情况下，分子间总是同时存在着引力和斥力，而实际表现出来的分子间作用力是分子引力和斥力的合力。3.分子间作用力与分子间距离变化的关系【问题思考】分子之间的引力或斥力都跟分子间距离有关，那么，它们之间有怎样的关系呢？研究表明：分子间的作用力F跟分子间距离r的关系如图所示。当r<r0时，分子间的作用力F表现为斥力；当r＝r0时，分子间的作用力F为0，这个位置称为平衡位置；当r>r0时，分子间的作用力F表现为引力。【特别提醒】1.平衡位置分子间距离r＝r0时，引力与斥力大小相等，分子间作用力为零。平衡位置即分子间距离等于r0（数量级为10－10m）的位置。2.分子间的引力和斥力：都随分子间距离r的增大而减小，但斥力减小得更快。【总结提升】结合弹簧小球模型理解分子间的作用力分子间作用力F随分子间距离r的变化关系图像分子间距离分子间作用力分子间作用力弹簧小球模型r＝r0零象征分子间作用力为零r<r0表现为斥力，且分子间作用力随分子间距的增大而减小象征分子间作用力为斥力r>r0表现为引力，且分子间作用力随分子间距的增大，先增大后减小象征分子间作用力为引力【特别提醒】当r＞10r0时，分子间的作用力变得很微弱，可忽略不计。分子动理论【基本内容】物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。【特别提醒】由于分子热运动是无规则的，对于任何一个分子都具有偶然性，但对大量分子的整体而言，表现出规律性，所以，分子动理论是建立在大量实验事实基础上的，是解释分析热现象的基本理论。如图所示是做布朗运动的小颗粒的运动路线记录的放大图，以小颗粒在A点开始计时，每隔30s记下小颗粒的一个位置，得到B、C、D、E、F、G等点，关于小颗粒在75s末时的位置，以下叙述中正确的是（）A.一定在CD连线的中点B.一定不在CD连线的中点C.可能在CD连线靠近C的位置D.可能在CD连线上，但不一定是CD连线的中点【思路分析】考查对布朗运动的理解。一定注意：布朗运动不是分子的运动，而是悬浮微粒的运动，它间接地反映了液体（气体）分子的无规则运动。所以，题图中虽然每隔30s记录了一次位置，但是在这个时间间隔中，固体小颗粒的运动仍然是没有规则的，并不是沿着两位置连线作直线运动。【答案】CD【解析】布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，从颗粒运动到A点计时，每隔30s，记下颗粒的一个位置，其连线并不是小颗粒运动的轨迹，而是人为画出的，所以在75s末时，其所在位置不能在图中确定，故C、D正确。【规律方法】处理布朗运动问题的三个关键点1.运动物体：不是分子，而是悬浮固体小颗粒（显微镜下才可看到）。布朗运动是悬浮的固体微粒的运动，不是单个分子的运动。2.产生原因：是由固体小颗粒周围的液体（或气体）分子的无规则运动的撞击不平衡引起的。3.运动实质：是液体分子永不停息地做无规则运动的间接反映。如图所示，设有一分子位于图中的坐标原点O处不动，另一分子可位于正x轴上不同位置处，图中纵坐标表示这两个分子间分子力的大小，两条曲线分别表示斥力或引力的大小随两分子间距离变化的关系，e为两曲线的交点，则下列说法正确的是（）A.ab线表示引力，cd线表示斥力，e点的横坐标约为10－15mB.ab线表示斥力，cd线表示引力，e点的横坐标约为10－10mC.ab线表示引力，cd线表示斥力，e点的横坐标约为10－10mD.ab线表示斥力，cd线表示引力，e点的横坐标约为10－15m【思路分析】考查对分子间作用力与分子间距离关系图像的理解。题图记录的是分子间作用力随距离的变化规律，但只反应了力的大小，没有考虑方向，所以解题时候要抓住，斥力比引力变化快这一特点进行解题。【答案】B【解析】由于分子间斥力的大小随两分子间距离变化比引力快，所以图中曲线ab表示斥力，cd表示引力，e点引力和斥力平衡，分子间距为r0，数量级为10－10m，故选项B正确。【点评】本题主要考查分子间的作用力，要明确分子间作用力与分子间距离关系图像的含义。常见易错问题剖析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【错解】错选B【错因分析】对分子模型认识不准确，从而错选B。【正确答案】ACD【解析】A.每个分子的质量等于摩尔质量与阿伏加德罗常数之比（m′＝），两个量都已知，故能求出，故A正确；B.由于气体分子间的距离较大，气体的体积远大于气体分子体积之和，所以不能求出这种气体每个分子的体积，故B错误；C.可以建立这样的模型：将气体分子占据的空间看成立方体，而且这些空间一个挨一个紧密排列，则每个分子占据的空间等于摩尔体积与阿伏加德罗常数之比（V′＝），故C正确；D.由C中模型可知，立方体的边长等于分子间的平均距离，设为d，则V＝d3，可知这种气体分子间的平均距离d能求出，故D正确。综上，ACD正确。（答题时间：40分钟）1.下列所列词句中，描述分子热运动的是（）A.酒香不怕巷子深 B.踏花归去马蹄香C.影动疑是玉人来 D.风沙刮地塞云愁2.下面所列举的现象中，能说明分子在永不停息地运动着的是（）A.将香水瓶盖打开后能闻到香味B.汽车开过后，公路上尘土飞扬C.洒在地上的水，过一段时间就干了D.悬浮在水中的花粉颗粒做无规则的运动E.烟囱里冒出的黑烟3.扩散现象说明了（）A.物质是由大量分子组成的B.物质内部分子间存在着相互作用力C.分子间存在着空隙D.分子在永不停息地做无规则的运动4.关于悬浮在液体中的固体颗粒的布朗运动，下面说法中正确的是（）A.小颗粒的无规则运动就是液体分子的运动B.小颗粒的无规则运动是固体颗粒分子无规则运动的反映C.小颗粒的无规则运动是液体分子无规则运动的反映D.因为布朗运动的剧烈程度跟温度有关，所以布朗运动也可以叫做热运动*5.把墨汁用水稀释后取出一滴，放在显微镜下观察，如图所示，下列说法中正确的是（）A.在显微镜下既能看到水分子，也能看到悬浮的小炭粒，且水分子不停地撞击炭粒B.小炭粒在不停地做无规则运动，这就是所说的布朗运动C.越小的炭粒，运动越明显D.越大的炭粒，运动越明显6.关于分子动理论，下列说法正确的是（）A.分子永不停息地做无规则运动B.酒精和水混合后，总体积减小，是因为分子间有空隙C.铁块不易被压缩是因为在挤压铁块时，分子间只有斥力没有引力D.分子间距离增大时，分子间作用力也随之增大7.下列现象可以说明分子间存在引力的是（）A.打湿了的两张纸很难分开B.磁铁吸引附近的小铁钉C.用斧子劈柴，要用很大的力才能把柴劈开D.用电焊把两块铁焊在一起8.两个分子之间的距离为r，当r增大时，这两个分子之间的分子力（）A.一定增大 B.一定减小C.可能增大 D.可能减小**9.随着科学技术的发展，近几年来，也出现了许多的焊接方式，如摩擦焊接、爆炸焊接等。摩擦焊接是使焊件的两个接触面高速地向相反的方向旋转，同时加上很大的压力（每平方厘米加到几千到几万牛顿的力），瞬间就焊接成一个整体了。试用学过的分子动理论知识分析摩擦焊接的原理。10.用显微镜观察水中的花粉，追踪某一个花粉颗粒，每隔10s记下它的位置，得到了a、b、c、d、e、f、g等点，再用直线依次连接这些点，如图所示，则下列说法中正确的是（）A.这些点连接的折线就是这一花粉颗粒运动的径迹B.花粉颗粒的运动是水分子无规则运动的反映C.在这六段时间内花粉颗粒运动的平均速度大小相等D.从a点计时，经36s，花粉颗粒可能不在de连线上*11.两分子间的作用力F与间距r的关系图线如图所示，下列说法正确的是（）A.r＜r1时，两分子间的引力为零B.r1＜r＜r2时，两分子间的作用力随r的增大而逐渐增大C.r＝r2时，两分子间的引力最大D.r>r2时，两分子间的引力随r的增大而增大，斥力为零*12.下面关于布朗运动的两种说法都是错误的，试分析它们各错在哪里。（1）在北方冬天的大风天气时，常常看到风沙弥漫、尘土飞扬，这就是布朗运动。（2）一滴碳素墨水滴在清水中，过一会儿整杯水都黑了，这是碳分子做无规则运动的结果。

1.【答案】AB【解析】酒香在空气中传播，马蹄上的花香在空气中传播都属于扩散现象，是由分子无规则运动引起的，A、B正确；影动是由光学因素造成的，与分子热运动无关，C错误；风沙刮地是沙子在自身重力和气流的作用下所做的运动，不是分子热运动，D错误。2.【答案】ACD【解析】扩散现象和布朗运动都能说明分子在不停地做无规则运动。香水的扩散、水分子在空气中的扩散以及悬浮在水中花粉的运动都说明了分子是不断运动的，故A、C、D均正确；而尘土、黑烟不是单个分子，是由若干分子组成的固体颗粒，所以尘土飞扬、冒出的黑烟不是分子的运动，故B错误。3.【答案】CD【解析】扩散现象是一种物质的分子进入另一种物质内部的现象，说明了分子间存在着空隙，C正确；扩散现象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，D正确。4.【答案】C【解析】悬浮在液体中的固体颗粒虽然很小，需要用显微镜来观察，但它并不是固体分子，而是千万个固体分子组成的分子团体，布朗运动是这千万个分子团体的一致行动，不能看作是分子的运动。产生布朗运动的原因是固体颗粒受到周围液体分子的撞击，由于液体分子运动的无规则性，固体颗粒受到撞击力的合力也是无规则的，因此，固体颗粒的运动也是无规则的，组成颗粒的固体分子既有各自特有的无规则运动，又有我们通过显微镜看到的分子团体的布朗运动。所以，小颗粒的无规则运动不能证明固体颗粒分子做无规则运动，而只能说明液体分子在做无规则运动。热运动是指分子的无规则运动，由于布朗运动不是分子的运动，所以不能说布朗运动是热运动。故C正确。5.【答案】BC【解析】水分子在显微镜下是观察不到的，故A错误；根据布朗运动的含义可判断B、C正确，D错误。6.【答案】AB【解析】由分子动理论可知A正确；酒精和水混合后总体积减小是因为分子间有空隙，B正确；挤压铁块时，分子斥力和引力同时存在，但分子间作用力表现为斥力，C错误；当分子间距离r<r0时，r增大，分子间作用力减小，D错误。7.【答案】ACD【解析】本题的关键是要理解分子间的引力必须是在分子间的距离小到一定程度时才能发生作用。纸被打湿后，水分子填充了两张纸之间的凹凸部分，使水分子与两张纸的分子接近到分子引力作用范围而发生作用，A正确；电焊也是使两块铁熔化后铁分子达到引力作用范围而发生作用，D正确；木柴是固体，其分子间距离很近，要使木柴分开就必须用很大的力来克服大量木柴分子的引力，这也说明分子间存在引力，C正确；磁铁对小铁钉的吸引力在较大距离内都可发生，这是磁场力的作用，B错误。8.【答案】CD【解析】分子间同时存在的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，题设的r是大于r0（平衡距离）还是小于r0未知，增大多少也未知。由图可知，分子间距离r在从无限小到无限大的区间内，分子间作用力随r的增大是先减小后增大再减小，故C、D正确。9.【答案】见解析【解析】摩擦焊接是利用了分子引力的作用。当焊接的两个物体的接触面朝相反的方向高速旋转时，又施加上很大的压力，就可以使两接触面上大量分子间的距离达到或接近r0，从而使两个接触面瞬间焊接在一起。10.【答案】BD【解析】因为图中各点是每隔10s记下它的位置，那么在每个10s内花粉颗粒位于何处，是无法确定的，所以这些点连接的折线不表示花粉颗粒运动的径迹，选项A错误，B、D正确；图中几条折线的长度并不相等，所以在这六段时间内花粉颗粒运动的平均速度大小不相等，选项C错误。11.【答案】B【解析】分子间同时存在引力和斥力，r<r1时，斥力大于引力，合力表现为斥力，A错误；r1<r<r2时，两分子间的作用力随r的增大而逐渐增大，负号表示方向，B正确；分子间同时存在引力和斥力，随着距离减小而增大，r＝r2时，分子间作用力表现为引力且最大，但不是分子引力最大，C错误；r>r2时，两分子间的引力随r的增大而减小，D错误。12.【答案】见解析【解析】（1）能在液体或气体中做布朗运动的微粒（可称为布朗微粒）都是很小的，一般数量级在10－6m，这种微粒肉眼是看不见的，必须借助于显微镜。冬天大风天气看到的风沙、尘土，都是较大的颗粒，它们的运动不能称为布朗运动。空气中悬浮着许多布朗微粒，但我们的眼睛看不到。（2）碳素墨水是由研磨得很细的炭粒散布在水溶液中构成的，把它滴入水中，由于碳并不溶于水，它仍以小炭粒的形式存在，这些小炭粒受水分子的撞击做布朗运动，并使得整杯水都黑了。布朗运动并不是固体分子的运动，因此“这是碳分子做无规则运动的结果”这种说法是错误的。

实验：用油膜法估测油酸分子的大小重难点题型难度高考中的地位重点1.学会用油膜法估测分子大小。2.能够对实验数据进行处理，掌握“互补法”计算油膜面积的方法。实验题填空题中等用油膜法估测油酸分子大小实验，是教材要求的重点实验内容，必须引起足够重视。难点纯油酸体积的计算方法实验：用油膜法估测油酸分子的大小一、实验目的及实验思路1.实验目的：用油膜法估测油酸分子的大小2.实验思路把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，使油酸在水面上形成单分子油膜，则油膜厚度即为油酸分子的直径。【拓展延伸】用油膜法估测油酸分子大小实验中的物理思想方法1.估测法估测法广泛应用于物理学研究，用油膜法估测油酸分子的大小就是利用宏观手段来研究微观问题的，将微小的、不易直接测量的物理量（分子直径）转化为易于测量的物理量（体积和面积），从而通过间接的方法估测油酸分子的大小，这是估测法在物理学中巧妙应用的案例。2.理想模型法理想模型是在一定场合、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。比如这里，尽管油酸分子有着复杂的结构和形状，分子间也存在着间隙，但在估测其大小时，可以把它简化为球形处理，并认为它们紧密排布，从而建构单分子油膜模型，实验时只要测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径。前面我们学习过的理想模型有：（1）力学中的质点；（2）电学中的点电荷；（3）弹簧振子等等。【情境探究】实验开始前的问题思考生活中，我们经常遇见这样一种现象，很少量的油不小心洒在水面上，将扩散很大的面积。结合油膜法测分子直径，想一下接下来开始实验了，能否直接使用纯油酸呢？要点提示：如果往水面上直接滴一滴纯油酸，那么它在水面上形成单分子油膜所需液面面积太大，实验室中很难提供这么大的容器，即使能提供，做起实验来也不方便。所以本实验中需要采取用酒精对油酸进行稀释，使单位体积内的油酸分子数减少，把油酸酒精溶液滴在水面上后，酒精能迅速溶于水或者蒸发，水面上只有油酸分子，且能单层排列。二、实验步骤1.配溶液取1mL（1cm3）的油酸溶于酒精中，制成500mL的油酸酒精溶液。2.测量一滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积V①用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴总滴数，用它们的总体积除以总滴数，得到一滴油酸酒精溶液的平均体积：＝②根据已配好的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积：V＝×油酸酒精溶液的体积比（体积比＝）3.倒水撒粉往边长约为30～40cm的浅盘中倒入约2cm深的水，然后将爽身粉或石膏粉均匀地撒在水面上。4.滴油用滴管（或注射器）向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜。5.盖板，画轮廓待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔（或钢笔）将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。6.测量油膜面积S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；或者玻璃板上有边长为1cm的方格，则也可通过数方格数，算出油酸薄膜的面积S。7.计算油酸分子的直径根据纯油酸的体积V和薄膜的面积S，算出油酸薄膜的厚度，即为油酸分子的直径。8.实验结果分析比较算出的分子直径，看其数量级（单位为m）是否为10-10，若数量级不是10-10需重做实验。【深入探究与思考】1.该实验是怎样测量出一滴油酸酒精溶液的体积的？还可以怎样测量？要点提示：用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴总滴数，用它们的总体积除以总滴数n，得到1滴油酸酒精溶液的体积V0。其他方法：用滴管或注射器将事先配制好的油酸酒精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，算出一滴油酸酒精溶液的体积。2.实验过程中，为什么要在水面上撒爽身粉？要点提示：因为油酸是透明的，油酸酒精溶液滴在水面时，酒精溶于水，油酸形成单分子油膜，如果不用爽身粉，油酸扩散的边缘看不清。所以，撒爽身粉的目的是为了方便观察、描绘所形成油膜的轮廓。但是要注意：爽身粉应均匀地撒在水面上，且爽身粉不宜撒得过厚。3.浅盘里水离盘口的距离有什么要求，画轮廓时视线应注意什么？ 要点提示：浅盘里水离盘口的距离应小些，并要水平放置，以便准确地画出油膜的形状，画轮廓时视线应与板面垂直。4.如何测量油酸在水面上的面积呢？要点提示：待油膜形状稳定后，用透明玻璃盖板盖在浅盘上，用彩色水笔在透明玻璃盖板上画轮廓，把画有轮廓的透明玻璃盖板放在坐标纸上，以边长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，大于半个的算一个，则油膜的面积S=n×1cm2（n为有效格数，小方格的边长为1cm）。5.实验器材有哪些？实验器材：酒精、油酸、量杯、注射器或滴管、量筒、浅盘或浅水槽、水、痱子粉或爽身粉或细石膏粉、玻璃板、彩笔、坐标纸。三、数据处理1.一滴油酸酒精溶液的平均体积＝2.一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V＝×油酸酒精溶液的体积比。（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：d＝（代入数据时注意统一单位）四、误差分析本实验，误差通常来自4个方面：1.油酸酒精溶液配制后若长时间放置，溶液的浓度改变，会给实验带来较大误差。2.实验时，没能形成单分子油膜，从而产生误差。本实验，只有形成单分子油膜，才能用油膜的厚度代表分子的直径，即d＝。这就要求使用的酒精的浓度、爽身粉的用量适宜。而，即使能做到单分子排列，但是油酸分子的形状为长链形，将其视为球体则与实际分子形体有区别，所以实验只能得到分子直径的数量级，而不能得到准确值。3.油酸体积的测量产生误差用累积法测油酸的体积时，先测出m毫升的油酸酒精溶液的滴数，从而计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再由油酸酒精溶液的浓度算出纯油酸的体积，这样计算出的体积存在误差。4.计算油膜的面积有误差用坐标纸测出形状不规则油膜的面积。数出不规则图形的轮廓包围的正方形个数，计算正方形个数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个，正方形边长的单位越小，这种方法求出的面积越精确。【小试牛刀】某同学在用油膜法估测分子直径的实验中，计算结果明显偏大，可能是由于（）A.油酸未完全散开B.油酸中含有大量酒精C.求每滴体积时，1mL溶液的滴数多数了几滴D.求每滴体积时，1mL溶液的滴数少数了几滴E.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格【答案】ADE【解析】首先要知道：在油膜法估测分子大小的实验中，实验原理就是让一定体积的油酸酒精溶液在水面上形成单分子油膜，通过计算，得到纯油酸的体积，再估算出油膜的面积，根据d＝可以求出油膜的厚度，这就是油膜分子的直径。A.油酸未完全散开，形成的油膜不是单分子层，计算的油膜厚度就不是分子直径，比分子直径大得多，A正确。B.滴入水中后酒精都溶入水中，所以酒精多不会影响实验结果，B错误。C和D：计算体积时多数了几滴，会使计算的油滴体积偏小，当然计算的分子直径也偏小，C错误。反之，少数了几滴，会使计算的油滴体积偏大，计算出来的分子直径就偏大，D正确。E、数方格时舍去了所有不足一格的方格，计算出的油膜面积偏小，由d＝，导致计算结果偏大，E正确。五、实验注意事项（主要有6条）1.实验前，必须把所有的实验用具擦洗干净；实验时，吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大误差，影响实验结果。2.油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度，产生误差。3.浅盘中的水应保持平衡，爽身粉应均匀地撒在水面上，且爽身粉不宜撒得过厚。4.向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜轮廓难以形成。5.待测油酸扩散后又收缩，要在油酸薄膜形状稳定后再画轮廓。特别提醒：扩散后又收缩有两个原因：一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩。6.本实验只要求估算分子大小，实验结果的数量级符合要求即可。某同学在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时：（1）如图所示的四个图反映了该实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是________（用符号表示）。（2）用“油膜法”来粗略估测分子的大小，是通过一些科学的近似处理，这些处理有：______________________________________________。【思路分析】本题主要考查对“用油膜法估测分子大小”实验操作过程的理解。【答案】（1）dacb（2）把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜，把形成油膜的分子看作紧密排列的球形分子【解析】（1）用“油膜法估测分子的大小”实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测算一滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积→准备浅水盘→滴1滴溶液，形成油膜→描绘油膜边缘→测算油膜面积→计算分子直径。很显然操作先后顺序排列应是dacb。（2）在“用油膜法估测分子的大小”实验中，我们的实验依据是：①油膜是呈单分子分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙。所以，我们要通过一些科学的近似处理，比如：把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜，把形成油膜的分子看作紧密排列的球形分子等。配制好的油酸酒精溶液为每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。（1）若每一小方格的边长为30mm，则油酸薄膜的面积为多少平方米？（2）每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为多少立方米？（3）根据上述数据，估算出油酸分子的直径为多少米？【思路分析】本题考查“用油膜法估测分子大小”实验中的数据处理方法，解题过程要注意做题思路的梳理：【答案】（1）7.65×10－2m2（2）1.2×10－11m3（3）1.57×10－10m【解析】（1）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）为85个，油膜面积约为S＝85×（3.0×10－2）2m2＝7.65×10－2m2。（2）因50滴油酸酒精溶液的体积为1mL，且溶液含纯油酸的浓度为ρ＝0.06%，故每滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为＝＝×1×10－6m3＝1.2×10－11m3（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：d＝＝m≈1.57×10－10m【规律方法】油膜法估测分子大小中的“两测一算”1.测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积先配制一定浓度的油酸酒精溶液，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中，记下量筒内增加一定体积（例如1mL）时的滴数，从而可算出一滴油酸酒精溶液的体积，再结合溶液的浓度就可以计算出一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积。①一滴油酸酒精溶液的平均体积＝②一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V＝×油酸酒精溶液的体积比（体积比＝）2.测量单分子油膜的面积（1）在浅盘中装入2cm深的水，然后将爽身粉均匀地撒在水面上。（2）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。（3）将画有油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），再根据方格的个数求出油膜的面积S＝n×1cm2（n为有效格数，小方格的边长为1cm）。3.估算分子的直径如果一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V，所形成的单分子油膜的面积为S，则分子的直径为。常见易错问题剖析“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SB.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2cm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不完整的，请指出：①__________________________________________________。②__________________________________________________。【错解】答案描述不完整【错因分析】本题考查“用油膜法估测分子大小”实验的实验步骤，难度不大，但是一旦不能熟练掌握基础知识就容易造成答案描述不完整。解题时要注意，要形成明显油膜以便于我们测量其面积，需要在水面上均匀撒上痱子粉或细石膏粉，同时要确定的是一滴溶液中纯油酸的体积，所以首先要用合理的方式测出一滴酒精油酸溶液的体积，这些都是解决实验试题是容易忽视的操作。【正确答案】C步骤中，还要在水面上均匀撒上痱子粉或细石膏粉。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。【解析】上述步骤中有步骤遗漏的：C步骤中，还要在水面上均匀撒上痱子粉或细石膏粉。另外，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。（答题时间：40分钟）1.“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的科学依据是（）A.将油酸形成的膜看成单分子油膜B.不考虑各油酸分子间的间隙C.考虑了各油酸分子间的间隙D.将油酸分子看成球形2.用油膜法估测分子直径的理想条件是（）A.将油酸分子看成球体B.考虑各油酸分子间的间隙C.认为油酸分子是紧密排列的D.将油膜看成单分子油膜3.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中所用的油酸酒精溶液为每1000mL溶液中有纯油酸0.6mL。用注射器测得1mL上述溶液为80滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，测得油膜的轮廓形状如图所示。图中每个小正方形方格的边长均为1cm，下列说法正确的是（）A.实验时将油酸分子看成球体模型B.实验时不考虑各油酸分子间的间隙C.测出分子直径后，就可以根据已知条件算出阿伏加德罗常数D.该实验测出油酸分子的直径约是6.5×10－8m4.在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用amL的纯油酸配制成bmL的油酸酒精溶液，再用滴管取1mL油酸酒精溶液，让其自然滴出，共n滴。现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为Scm2，则：（1）估算出油酸分子的直径大小是________cm。（2）用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油酸的________。A.摩尔质量B.摩尔体积C.质量D.体积5.（1）如图所示的四幅图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按正确操作顺序排列应是________（用符号表示）。（2）用“油膜法”来粗略估测分子的大小，利用了一些科学的近似处理，这些处理有：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。6.在“用油膜法估测分子的大小”实验中，某同学的操作步骤如下：①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；②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；③在盛水浅盘内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；④在盛水浅盘上覆盖透明玻璃，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：______________________________________________________________________________________________________________________________。7.利用油膜法估测油酸分子的直径，实验器材有：浓度为0.05%（体积分数）的油酸酒精溶液、分度值为0.1mL的量筒、盛有适量清水的45×50cm2的浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、玻璃管、彩笔、坐标纸。（1）下面是实验步骤，请填写所缺的步骤C。A.用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1mL油酸酒精溶液时的滴数N；B.将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n；C._________________________________________________；D.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位，数得轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S。（2）用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的直径为________（单位：cm）。8.（1）某同学在“用油膜法估测分子直径”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.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格D.求每滴体积时，1mL的溶液的滴数多记了10滴（2）在做“用油膜法估测分子大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为104mL溶液中有纯油酸6mL。用注射器测得1mL上述溶液中有液滴50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，在玻璃板上描出油膜的轮廓，然后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标中正方形小方格的边长为20mm。①求油酸膜的面积；②求每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积；③根据上述数据，估测出油酸分子的直径。（结果保留两位有效数字）9.“用油膜法估测分子的大小”实验的方法及步骤如下：①向体积V油＝1mL的油酸中加入酒精，直至总量达到V总＝500mL；②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n＝100滴时，测得其体积恰好是V0＝1mL；③先往边长为30～40cm的浅盘里倒入2cm深的水，然后将__________均匀地撒在水面上；④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜的形状；⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，数出轮廓范围内小方格的个数N，小方格的边长l＝20mm。根据以上信息，回答下列问题：（1）步骤③中应填写：____________。（2）1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V′是________m