2019-2020学年高中物理 第七章 分子动理论 1 物体是由大量分子组成的课件 新人教版选修3-

1物体是由大量分子组成的学习目标素养提炼1.知道物体是由大量分子组成的．2．知道油膜法估测分子直径的原理、思想和方法．3．知道分子球形模型和分子直径的数量级．4．知道阿伏加德罗常数及其意义.物理观念：物体是由大量分子组成的．分子模型：球形模型和立方体模型．科学思维：利用阿伏加德罗常数这一桥梁估算分子的大小和质量．科学探究：油膜法探究分子直径的大小.01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升04课时跟踪训练一、分子的大小1．用油膜法估测分子的大小(1)方法：把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，在水面上形成油酸薄膜，薄膜是由____________的油酸分子组成的，并把油酸分子简化成__________，如图所示，油膜的________即为油酸分子的直径．(2)计算：如果油滴的体积为V，单分子油膜的面积为S，则分子的直径d＝________.(忽略分子间的空隙)2．分子的大小：除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为________m.单层球形厚度VS10－10[思考]热学中所说的分子是化学意义上的分子吗？提示：不是．热学中所说的分子是组成物质微粒的分子、原子或离子的统称．二、阿伏加德罗常数1．定义：1mol的任何物质都含有相同的________，用NA表示．2．数值：通常取NA＝__________mol－1，在粗略计算中可取NA＝_________mol－1.3．意义：阿伏加德罗常数是一个重要的常数．它把____________、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、____________等微观物理量联系起来．粒子数6.02×10236.0×1023摩尔质量分子大小[判断辨析](1)油膜法测定分子大小的方法是利用宏观量测定微观量的方法．()(2)阿伏加德罗常数所表示的是1g物质内所含的分子数．()(3)阿伏加德罗常数是摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、分子体积等微观物理量联系的桥梁．()√×√要点一用油膜法估测分子的大小[探究导入]在油膜法估测分子的大小的实验中．(1)把分子看成什么样的形状比较简单、直观？(2)油膜最薄时，分子是如何排列的？厚度与分子的大小有什么关系？提示：(1)球形．(2)单层分子紧密排列；厚度等于分子的直径．[探究归纳]1．实验目的：用油膜法估测分子的大小．2．实验原理：把一定体积的油酸酒精溶液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滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V并测出油膜面积S，求出油膜的厚度d，即d＝VS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、浅盘、玻璃板、坐标纸、彩笔、痱子粉或细石膏粉．4．实验步骤(1)取1mL(1cm3)的油酸溶于酒精中，制成200mL的油酸酒精溶液．(2)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V′.(3)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．(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，计算轮廓范围内边长为1cm的方格的个数，通过方格的个数，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d＝VS，即为油酸分子直径的大小．5.数据处理在实验中由d＝VS计算分子直径时，V是经过换算后一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，各物理量的计算方法如下：(1)一滴油酸酒精溶液的体积V′＝VNN(N为滴数，VN为N滴油酸酒精溶液的体积)．(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V＝ηV′(η为油酸的浓度)．(3)油酸薄膜的面积S＝na2(n为小正方形的有效个数，a为小正方形的边长)．6．注意事项(1)油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免改变浓度，造成较大的实验误差．(2)实验前应注意浅盘是否干净，否则难以形成油膜．(3)浅盘中的水应保持平衡，痱子粉应均匀撒在水面上．(4)向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成．(5)待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓．[典例1]在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：①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；②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；③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；④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；⑤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．(结果保留一位有效数字)[思路点拨]滴油酸之前必须先撒痱子粉是为了油酸在水面上扩散后，将水面上的痱子粉推开形成清晰的边缘．[解析](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④放在首位．实验操作时要在浅盘放水、撒痱子粉，为油膜的形成创造条件，然后是滴入油酸、测量油膜的面积，计算油膜的厚度(即油酸分子直径)，所以接下来的步骤是①②⑤③.(2)油酸溶液的体积浓度是1300，一滴溶液的体积是150cm3＝2×10－8m3，所以油酸分子的直径为d＝2×10－8×13000.13m≈5×10－10m.[答案](1)④①②⑤③(2)5×10－10(1)首先要按比例关系计算出纯油酸的体积V.(2)其次采用“互补法”计算出油膜的面积S.(3)最后利用公式d＝VS求出的数值就是分子直径的大小．1.下列选项中不是油膜法粗略测定分子直径的实验基础的是()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．油酸分子的直径等于滴到水面上的油酸体积除以油膜的面积D．油酸分子直径的数量级是10－15m解析：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，油滴扩展为油膜时体积不变，即V＝Sd，这些都是用油膜法估算分子直径的实验基础，油酸分子直径的数量级是10－10m，D错．答案：D2．一艘油轮装载着密度为9×102kg/m3的原油在海上航行，由于故障而发生原油泄漏．如果泄漏的原油有9t，海面上风平浪静时，这些原油造成的污染面积最大可达到()A．108m2B．109m2C．1010m2D．1011m2解析：泄漏的原油的体积为V＝mρ＝10m3，原油分子直径的数量级为10－10m，所以这些原油造成的污染总面积最大为S＝Vd＝1011m2，故D正确．答案：D要点二对阿伏加德罗常数的理解及应用[探究导入]成年人做一次深呼吸，约吸入450cm3的空气，则做一次深呼吸所吸入的气体分子数量是多少？(按标准状况估算，已知标况下气体的摩尔体积是22.4L)提示：成人做一次深呼吸吸入的分子数为：n＝VVmNA≈1.2×1022个．[探究归纳]1．NA的桥梁和纽带作用阿伏加德罗常数是联系宏观世界和微观世界的一座桥梁．它把摩尔质量Mmol、摩尔体积Vmol、物体的质量m、物体的体积V、物体的密度ρ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，如图所示．其中密度ρ＝mV＝MmolVmol，但要切记对单个分子ρ＝m0V0是没有物理意义的．2．常用的重要关系式(1)分子的质量：m0＝MmolNA.(2)分子的体积：V0＝VmolNA＝MmolρNA(适用于固体和液体)．注意：对于气体分子VmolNA只表示每个分子所占据的空间．(3)质量为m的物体中所含有的分子数：n＝mNAMmol.(4)体积为V的物体中所含有的分子数：n＝VNAVmol.[典例2]已知金刚石的密度为ρ＝3.5×103kg/m3，现有一小块体积为4.0×10－8m3的金刚石，它含有多少个碳原子？假如金刚石中的碳原子是紧密地挨在一起的，试估算碳原子的直径．(保留两位有效数字)[思路点拨](1)密度和体积都是宏观量．(2)阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的桥梁．(3)本题要求估算碳原子的直径，应用球体模型．[解析]这块金刚石的质量m＝ρV＝3.5×103×4.0×10－8kg＝1.4×10－4kg，这块金刚石所含的碳原子数n＝mMNA＝1.4×10－412×10－3×6.02×1023个≈7.0×1021个，一个碳原子的体积为V0＝Vn＝4.0×10－87.0×1021m3≈5.7×10－30m3.分子直径大约为d＝36V0π＝36×5.7×10－303.14m≈2.2×10－10m.[答案]7.0×1021个2.2×10－10m(1)在处理宏观量与微观量间关系的问题时，固、液体分子紧密排列，气体分子间距离远大于自身的大小．(2)由宏观量计算微观量，或由微观量计算宏观量，都要通过阿伏加德罗常数建立联系．所以说阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的桥梁．3．(多选)能根据下列一组数据算出阿伏加德罗常数的是()A．氧气的摩尔质量、氧气分子的质量B．水的摩尔质量、水的密度及水分子的直径C．氧气的摩尔质量、氧气的密度及氧气分子的直径D．水分子的质量和一杯水的质量、体积解析：阿伏加德罗常数NA＝MAm0＝VAρm0，NA＝MAρV0(只适用于固体、液体)，所以A、B正确，C、D错误．答案：AB4．(多选)阿伏加德罗常数是NAmol－1，铜的摩尔质量是μkg/mol，铜的密度是ρkg/m3，则下列说法正确的是()A．1m3铜中所含的原子数为ρNAμB．一个铜原子的质量是μNAC．一个铜原子所占的体积是μρNAD．1kg铜所含有的原子数目是ρNA解析：1m3铜所含有的原子数为n＝mμ·NA＝ρ·V′μ·NA＝ρNAμ，选项A正确；一个铜原子的质量为m0＝μNA，选项B正确；一个铜原子所占的体积为V0＝VmolNA＝μρNA，选项C正确；1kg铜所含原子数目为n＝1μ·NA＝NAμ，选项D错误．答案：ABC[要点分析]分子的简化模型：实际分子的结构是很复杂的，且形状各异．但如果我们只关心分子的大小，而不涉及分子内部的结构和运动时，既可以把分子看成球形，也可以看成立方体．具体分析如下：(1)固体和液体分子模型：对于固体和液体，可认为分子紧密排列，分子间没有空隙，则VA＝NAV0(V0为一个分子的体积，VA为摩尔体积)．①球形分子模型：如图a所示，则直径d＝36V0π＝36VAπNA.两种分子模型在估算中的应用②立方体分子模型：认为每个分子占据一个相同的立方体空间，该立方体的边长即为分子间的平均距离，边长d＝3V0，如图b所示．(2)气体分子模型：对于气体来说，由于气体分子间的距离远大于气体分子的直径，故通过立方体分子模型(不采用球形分子模型)，可以估算得到每个气体分子平均占有的空间，而无法得到每个气体分子的实际体积．设每个气体分子占据的空间可看成一个边长为d、体积为V的正方体．气体分子间距离l＝d＝3V＝3VANA，如图c所示．(图中黑点代表气体分子所在的位置)5．试估算在标准状态下空气分子的平均距离．(已知标准状态下气体的摩尔体积为22.4×10－3m3/mol)解析：把气体分子占有的空间看作立方体，分子看作是一个质点，并处在立方体中心，小立方体的体积是分子平均占据空间的大小，如图所示．设L为小立方体的边长，d为分子间距，若取1mol标准状态下的空气，则d＝L＝3VNA＝322.4×10－36.02×1023m≈3.3×10－9m.答案：3.3×10－9m1．(油膜法的理解)(多选)用油