第1章-第1节 分子动理论的基本观点

第1节分子动理论的基本观点学习目标知识脉络1.认识分子动理论的基本观点，知道其实验依据．(重点)2．通过探究与实验，估测油酸分子的直径，知道阿伏伽德罗常数并进行有关的计算．(难点)3．认识布朗运动，理解布朗运动产生的原因及影响因素，了解分子的热运动．4．掌握分子间相互作用力的特点及变化规律．(难点)物体由大量分子组成[先填空]1．分子的大小(1)一般分子直径的数量级为10－10 m.(2)通常分子质量的数量级在10－27～10－25kg范围之内．2．分子大小的估测(1)油膜法：此方法是一种粗略测定分子大小的方法，其方法是把油酸滴到水面上，油酸在水面上散开，可近似认为形成单分子油膜，如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就等于分子的直径．(2)原理：如果油滴的体积为V，单分子油膜的面积为S，则分子的大小(即直径)为d＝VS．在此忽略了分子间的空隙．(3)物理学中用各种不同的方法测定分子的大小，测出的分子大小不同，但数量级相同．3．阿伏伽德罗常数(1)定义：1 mol任何物质含有分子的数目都相同，为常数．这个常数叫做阿伏伽德罗常数，用N A表示．(2)数值：N A＝6.02×1023mol－1．(3)意义：阿伏伽德罗常数是一个重要的基本常量，它是联系宏观量与微观量的桥梁．[再判断]1．测定分子大小的方法有多种，油膜法只是其中的一种方法．(√)2．所有分子的直径都相同．(×)3．1 mol的固态物质(如铁)和1 mol的气态物质(如氧气)所含分子数不同．(×) [后思考]我们在初中已经学过，物体是由大量分子组成的．一个1 μm大小的水珠，尺寸与细菌差不多，其中分子的个数竟比地球上人口的总数还多上好多倍！图1­1­1我们可以通过什么途径观察分子的大小呢？【提示】用电子显微镜观察．[合作探讨]我们在化学中学过，1 mol的任何物质都含有相同的分子数，这个数量用阿伏伽德罗常数表示，讨论下列问题：探讨1：我们学习的微观物理量和宏观量有哪些？【提示】微观物理量有：分子质量m0、分子体积V0、分子直径d.宏观量有：物体的质量m、体积V、密度ρ、摩尔质量M、摩尔体积V.探讨2：为什么说阿伏伽德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁？【提示】阿伏伽德罗常数把摩尔质量和摩尔体积这些宏观量与分子质量和分子体积这些微观量联系起来了，所以说阿伏伽德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁．[核心点击]1．两种分子模型(1)球形分子模型：对于固体和液体，其分子间距离比较小，在估算分子大小及分子的个数时，可以认为分子是紧密排列的，分子间的距离等于分子的直径．如图1­1­2所示．其分子直径d＝36Vπ.图1­1­2(2)立方体分子模型：对于气体，其分子间距离比较大，是分子直径的数十倍甚至上百倍，此时可把分子平均占据的空间视为立方体，立方体的边长即为分子间的平均距离．如图1­1­3所示．其分子间的距离d＝3V.图1­1­32．阿伏伽德罗常数的应用(1)一个分子的质量m ＝M N A ＝ρVN A.(2)一个分子的体积V 0＝V N A ＝MρN A (对固体和液体)．(3)单位质量中所含分子数n ＝N AM .(4)单位体积中所含分子数n ＝N A V ＝ρN AM.(5)气体分子间的平均距离d ＝3V 0＝3VN A. (6)固体、液体分子直径d ＝ 36V 0π＝36VπN A.1．若以μ表示水的摩尔质量，V 表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ为标准状态下水蒸气的密度，N A 为阿伏伽德罗常数，m 、Δ分别表示每个水分子的质量和体积，下面四个关系式表示正确的是( )【导学号：30110000】A ．N A ＝VρmB ．ρ＝μN A ΔC ．m ＝μN AD ．Δ＝VN AE ．V ＝μρ【解析】N A＝ρVm，A对；N A＝μm，所以m＝μNA，C对；而对于气体分子来说，由于其两邻近分子间距离太大，VNA求出的是一个气体分子占据的空间，而不是单个气体分子的体积(其体积远小于该值)，所以D错；而B式是将D式代入A式和C得出的，故B错；由于ρ＝μV，故E正确．【答案】ACE2．很多轿车中设有安全气囊以保障驾乘人员的安全．轿车在发生一定强度的碰撞时，利用叠氮化钠(NaN3)爆炸产生气体(假设都是N2)充入气囊．若氮气充入后安全气囊的容积V＝56 L，囊中氮气密度ρ＝2.5 kg/m3，已知氮气摩尔质量M＝0.028 kg/mol，阿伏伽德罗常数NA＝6×1023 mol－1.试估算：(1)囊中氮气分子的总个数N；(2)囊中氮气分子间的平均距离．(结果保留一位有效数字)【解析】(1)设N2的物质的量为n，则n＝ρV M氮气的分子总数N＝ρV M N A代入数据得N＝3×1024.(2)每个分子所占的空间为V0＝V N设分子间平均距离为a，则有V0＝a3，即a＝3V＝3VN代入数据得a≈3×10－9 m.【答案】(1)3×1024(2)3×10－9 m1．求解与阿伏伽德罗常数有关问题的思路2．V0＝VNA对固体、液体指分子体积，对气体则指平均每个分子所占据空间的体积，即无法求解气体分子的大小．分子永不停息地做无规则运动[先填空]1．扩散现象(1)定义：不同的物质相互接触而彼此进入对方的现象．(2)普遍性：气体、液体和固体都能够发生扩散现象．(3)规律：温度越高，扩散越快．(4)意义：扩散现象表明分子在永不停息地运动，温度越高，分子的运动越剧烈．2．布朗运动(1)定义：悬浮在液体中的微粒所做的永不停息的无规则运动．(2)产生原因：微粒在液体中受到液体分子的撞击不平衡引起的．(3)影响布朗运动的因素①颗粒大小：颗粒越小，布朗运动越明显．②温度高低：温度越高，布朗运动越剧烈．(4)意义：反映了分子在永不停息地做无规则运动．3．热运动(1)定义：分子的无规则运动．(2)影响因素：温度越高，分子的无规则运动越剧烈．[再判断]1．布朗运动的剧烈程度跟温度有关，布朗运动也叫热运动．(×)2．布朗运动可以用肉眼直接观察．(×)3．布朗运动反映了分子做永不停息的热运动．(√)[后思考]在一锅水中撒一点胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚．这说明温度越高，布朗运动越剧烈，这种说法对吗？【提示】不对．首先，胡椒粉不是布朗微粒，做布朗运动的微粒用肉眼是看不到的；其次，水中的胡椒粉在翻滚，这是由于水的对流引起的，并不是水分子撞击的结果．[合作探讨]探讨1：把一碗小米倒入一袋玉米中，小米进入玉米的间隙中，这一现象是否属于扩散现象？【提示】扩散现象是指由于分子的无规则运动，不同物质的分子彼此进入对方的现象．上述现象中不是分子运动的结果，而是两种物质的混合，所以不属于扩散现象．探讨2：布朗运动的激烈程度与温度有关，布朗运动可以叫热运动吗？【提示】分子永不停息的无规则运动才叫热运动，而布朗运动是小颗粒的运动．[核心点击]1．布朗运动的产生(1)布朗运动的无规则性．悬浮微粒受到液体分子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．(2)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，它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．(3)温度越高，布朗运动越剧烈．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，微粒越不易平衡，产生的加速度也越大，因此温度越高，布朗运动越剧烈．2．布朗运动与扩散现象的比较朗运动是热运动的宏观表现3．图1­1­4是某液体中布朗运动的示意图(每隔30 s记录一次微粒的位置)，下列说法中正确的是( )图1­1­4A．图中记录的是小颗粒无规则运动的情况B．图中记录的是粒子做布朗运动的轨迹C．粒子越大，布朗运动越明显D．反映了液体分子运动的无规则性E．粒子越小，布朗运动越明显【解析】布朗运动不是固体分子的无规则运动，而是大量液体分子做无规则运动时与悬浮在液体中的小颗粒发生碰撞，从而使小颗粒做无规则运动，即布朗运动是固体颗粒的运动，温度越高，分子运动越激烈，布朗运动也越激烈，A 正确；粒子越小，某一瞬间跟它撞击的分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显，即布朗运动越显著，故C错误，E正确；图中每个拐点记录的是粒子每隔30 s的位置，而在30 s内粒子做的也是无规则运动，而不是直线运动，故B 错误；布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性，D正确．【答案】ADE4．关于悬浮在液体中的固体微粒的布朗运动，下面说法中正确的是( )【导学号：30110001】A．微粒的无规则运动就是固体微粒的运动B．微粒的无规则运动是固体微粒分子无规则运动的反映C．微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，所以布朗运动也叫做热运动E．布朗运动的剧烈程度虽然与温度有关，但不是热运动【解析】悬浮在液体中的固体微粒虽然很小，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，不能看成是分子的运动，故A正确；产生布朗运动的原因是固体微粒受到周围液体分子的撞击力，由于液体分子运动的无规则性，固体微粒受到撞击力的合力也是无规则的．因此，固体微粒的运动也是无规则的．可见，小颗粒的无规则运动不能证明固体微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，因此B错误，C正确；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D错误，E正确．【答案】ACE布朗运动中的“颗粒”1．布朗运动的研究对象是小颗粒，而不是分子，属于宏观物体的运动．2．布朗小颗粒中含有大量的分子，它们也在做永不停息的无规则运动．3．液体分子热运动的平均速率比我们所观察到的布朗运动的速率大许多倍．4．导致布朗运动的本质原因是液体分子的热运动．分子间存在着相互作用力[先填空]1．分子间的引力和斥力是同时存在的，实际表现出的分子力是引力和斥力的合力．2．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，但斥力比引力随距离变化的快．[再判断]1．当分子间距为r0时，它们之间既无引力也无斥力．(×)2．当物体被压缩时，分子间的引力增大，斥力减小．(×)3．当分子间的距离大于10r0时，分子力可忽略不计．(√)[后思考]当压缩物体时，分子间的作用力表现为斥力，物体反抗被压缩，这时候分子间还有引力吗？【提示】分子间同时存在分子引力和分子斥力，当物体被压缩时，分子斥力大于分子引力，分子力表现为斥力，分子间的引力仍然存在．[合作探讨]探讨1：一铁棒很难被拉伸，也很难被压缩，能否说明铁分子间有引力和斥力？【提示】能．铁棒很难被拉伸，说明铁分子间有引力；很难被压缩，说明铁分子间有斥力．探讨2：分子力为零时，分子是否就静止不动？【提示】分子并不是静止不动，而是在平衡位置附近振动．[核心点击]1．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力，则是分子引力和斥力的合力．2．分子力与分子间距离变化的关系(1)分子间的引力和斥力都随分子间距离r的变化而变化，但变化情况不同，如图1­1­5所示．其中，虚线分别表示引力和斥力随分子间距离r的变化，实线表示它们的合力F随分子间距离r的变化．图1­1­5当r＝r0时，f引＝f斥，F＝0.当r＜r0时，f引和f斥都随分子间距离的减小而增大，但f斥增大得更快，分子力表现为斥力．当r＞r0时，f引和f斥都随分子间距离的增大而减小，但f斥减小得更快，分子力表现为引力．当r≥10r0(10－9m)时，f引和f斥都十分微弱，可认为分子间无相互作用力(F ＝0)．(2)r0的意义分子间距离r＝r0时，分子力为零，所以分子间距离等于r0(数量级为10－10 m)的位置叫平衡位置．注意：①r＝r0时，分子力等于零，并不是分子间无引力和斥力．②r＝r0时，即分子处于平衡位置时，并不是静止不动，而是在平衡位置附近振动．5．如图1­1­6所示，关于分子间的作用力，下列说法正确的是(其中r0为分子间平衡位置之间的距离) ( )图1­1­6A．当分子间距离为r0时，它们之间既有引力，也有斥力B．分子间的平衡距离r0可以看作分子直径的大小，其数量级为10－10mC．两个分子间距离由较远减小到r＝r0过程中，分子力先减小，后增大，分子力为引力D．两个分子间距离由极小逐渐增大到r＝r0过程中，引力和斥力都同时减小，分子力为引力E．两个分子间距离r>r0时，分子力为引力【解析】当分子间距离为r0时，它们之间的引力与斥力刚好大小相等，分子力为零，A项正确；一般分子直径的数量级为10－10m，跟分子间的平衡距离r相当，B项正确；当两分子间距离在大于r0的范围内减小时，分子力先增大，0后减小，C项错误；两分子间距离在小于r0的范围内，分子力为斥力，D项错误；当r>r0时，分子力为引力，E项正确．【答案】ABE6．如图1­1­7所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小，横坐标表示两个分子间的距离，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，e为两曲线的交点，则下列说法正确的是( )【导学号：30110002】图1­1­7A．ab为斥力曲线，cd为引力曲线，e点横坐标的数量级为10－10mB．ab为引力曲线，cd为斥力曲线，e点横坐标的数量级为10－10mC．若两个分子间距离大于e点的横坐标，则分子间作用力表现为引力D．若两个分子间距离越来越大，则分子力越来越大E．r<r0时，r减小，分子力增大【解析】分子间同时存在着引力和斥力，且都随r的增大而减小，斥力变化得比引力快，故A错；当r＝r0＝10－10m(数量级)时引力和斥力相等，故B项对；当r>10－10m(数量级)时引力大于斥力，分子力表现为引力，故C对；当r<r0时，r增大，分子力减小；当r>r时，r增大，分子力先增大后减小，当r>10r0时，分子力已很微弱，可以忽略不计，故D项错；当分子间距r<r0时，分子力为斥力，随r的减小，分子力增大，E正确．【答案】BCE实验：用油膜法测量油酸分子的大小[合作探讨]图1­1­8如图1­1­8为油膜法测分子大小的示意图，试根据图片探讨以下问题：探讨1：油酸分子的形状真的是球形吗？排列时会一个紧挨一个吗？【提示】实际分子的结构很复杂，分子间有空隙，认为分子是球形且一个紧挨一个排列，是一种近似模型，是对问题的简化处理．探讨2：实验中如何测量油酸分子的直径？【提示】测出一滴油酸溶液中纯油酸的体积V，测出油膜的面积S，则油酸分子的直径d＝V S.[核心点击]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1­1­9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d＝VS就是油酸分子的直径．图1­1­93．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2 cm深的水，将痱子粉或细石膏粉均匀撒在水面上．(2)取1毫升(1 cm3)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1 mL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.(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(或者玻璃板上有边长为1 cm的方格)，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d＝VS，即为油酸分子直径的大小．5．实验注意事项(1)油酸溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度，而使实验误差增大．(2)注射器针头高出水面的高度应为1 cm之内，当针头靠近水面很近(油酸未滴下之前)时，会发现针头下方的粉层已被排开，是由于针头中酒精挥发所致，。