第1节 分子动理论的基本观点
A级 必备知识基础练
1.仅利用下列一组数据,可以求出阿伏伽德罗常数的是( )
A.水的密度和水的摩尔质量
B.水分子的体积和水分子的质量
C.水的摩尔质量和水分子的体积
D.水的摩尔质量和水分子的质量
2.(多选)(2023河北唐山高二期中)以下属于分子动理论基本内容的是( )
A.物体是由大量分子组成的
B.温度是分子热运动动能的标志
C.分子在做永不停息的无规则运动
D.分子之间存在着相互作用力
3.(2023福建南平模拟)福建南平茶文化久负盛名,“风过武夷茶香远”“最是茶香沁人心”。泡茶时茶香四溢,下列说法正确的是( )
A.茶香四溢是扩散现象,说明分子间存在着相互作用力
B.茶香四溢是扩散现象,泡茶的水温度越高,分子热运动越剧烈,茶香越浓
C.茶香四溢是布朗运动现象,说明分子间存在着相互作用力
D.茶香四溢是布朗运动现象,说明分子在永不停息地做无规则运动
4.(2023重庆渝中高二期中)关于扩散现象和布朗运动,下列说法正确的是( )
A.布朗运动就是组成悬浮微粒的分子的无规则运动
B.阳光透过缝隙照进教室,从阳光中看到尘埃的运动就是布朗运动
C.气体中较热部分上升,较冷部分下降,循环流动,这就是一种扩散现象
D.温度越高,扩散现象和布朗运动都更加剧烈
5.下列说法正确的是( )
A.布朗运动是指液体分子的无规则运动
B.温度升高,布朗运动更加剧烈
C.分子势能增加,内能一定增加
D.内能是物体中所有分子热运动动能的总和
6.关于分子动理论,下列说法正确的是( )
A.气体扩散的快慢与温度无关
B.布朗运动是液体分子的无规则运动
C.分子间同时存在着引力和斥力
D.分子间的引力总是随分子间距的增大而增大
7.将下列实验事实与产生的原因对应起来。
A.水与酒精混合后体积减小
B.固体很难被压缩
C.细绳不易被拉断
D.糖在热水中溶解得快
E.冰冻的衣服也会变干
a.固体分子也在永不停息地做无规则运动
b.分子运动的剧烈程度与温度有关
c.分子间存在着空隙
d.分子间存在着引力
e.分子间存在着斥力
它们之间的对应关系:(1) ,(2) ,(3) ,(4) ,(5) 。(在横线上填上实验事实与产生原因的字母标号)
8.空调在制冷过程中,室内空气中的水蒸气接触铜管液化成水,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=1.0×103 cm3。已知水的密度ρ=1.0×103 kg/m3、摩尔质量M=1.8×10-2 kg/mol,阿伏伽德罗常数NA=6.0×1023 mol-1。求:(结果均保留一位有效数字)
(1)排出液化水中含有水分子的总数N;
(2)一个水分子的直径d。
B级 关键能力提升练
9.关于物体的内能,下列说法正确的是( )
A.机械能可以为零,但内能永远不为零
B.温度相同、质量相同的物体具有相同的内能
C.温度越高,物体的内能越大
D.0 ℃的冰的内能与等质量的0 ℃的水的内能相等
10.从两个分子靠得不能再靠近的位置开始,使二者之间的距离逐渐增大,直到大于分子直径的10倍以上。这一过程中,关于分子间的相互作用力,下列说法正确的是( )
A.当分子间的距离增大时,分子间的引力变大
B.当两个分子间的距离小于平衡距离时,分子间的作用力表现为引力
C.分子间的相互作用力在逐渐减小
D.分子间的相互作用力先减小后增大,再减小到零
11.(2023辽宁大连高二期中)设某种液体的摩尔质量为μ,分子间的平均距离为d,已知阿伏伽德罗常数为NA,下列说法正确的是( )
A.假设分子为球体,该物质的密度ρ=
B.假设分子为正方体,该物质的密度ρ=
C.假设分子为正方体,该物质的密度ρ=
D.假设分子为球体,该物质的密度ρ=
12.(多选)甲、乙两图分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图像。由图像判断以下说法正确的是( )
A.当分子间距离为r0时,分子力和分子势能均最小且为零
B.当分子间距离r>r0时,分子力随分子间距离的增大而增大
C.当分子间距离r>r0时,分子势能随分子间距离的增大而增大
D.当分子间距离r13.(2023广东茂名高三模拟)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,不考虑其他影响,仅在分子力作用下,由静止开始相互接近,在接近过程中,分子引力 ,分子势能 ,分子动能 。(均选填“逐渐增大”“逐渐减小”“先增大后减小”或“先减小后增大”)
14.已知氧气分子的质量m=5.3×10-26 kg,标准状况下氧气的密度ρ=1.43 kg/m3,阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,求:
(1)氧气的摩尔质量;
(2)标准状况下氧气分子间的平均距离;
(3)标准状况下,1 cm3的氧气中含有的氧气分子数。(以上计算结果均保留两位有效数字)
第1节 分子动理论的基本观点
1.D 知道水的密度和水的摩尔质量可以求出其摩尔体积,不能求出阿伏伽德罗常数,故A错误;知道水分子的体积和水分子的质量可求出其密度,不能求出阿伏伽德罗常数,故B错误;知道水的摩尔质量和水分子的体积,不知道密度,不能求出阿伏伽德罗常数,选项C错误;用水的摩尔质量除以水分子的质量可以求出其阿伏伽德罗常数,故D正确。
2.ACD 物体是由大量分子组成的,属于分子动理论基本内容,A正确;温度是分子热运动平均动能的标志,不属于分子动理论基本内容,B错误;分子在做永不停息的无规则运动,属于分子动理论基本内容,C正确;分子之间存在着相互作用力,属于分子动理论基本内容,D正确。
3.B 茶香四溢是扩散现象,故C、D错误;茶香四溢是因为茶水的香味分子不停地做无规则运动,扩散到空气中,故A错误;物体温度越高,分子的无规则运动越剧烈,所以茶水温度越高,分子的热运动越剧烈,茶香越浓,故B正确。
4.D 布朗运动是悬浮微粒的无规则运动,不是组成该悬浮微粒的分子的无规则运动,故A错误;发生布朗运动的悬浮微粒尺寸很小,需要通过显微镜才能观察,故B错误;气体中冷热空气循环流动的现象是对流,不是扩散现象,故C错误;温度越高,分子热运动越剧烈,扩散现象和布朗运动都越剧烈,故D正确。
5.B 布朗运动不是指液体分子的无规则运动,而是液体中悬浮颗粒的无规则运动,布朗运动反映了液体分子的无规则运动,选项A错误;温度升高,布朗运动更加剧烈,选项B正确;分子势能增加,内能不一定增加,选项C错误;内能是物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和,选项D错误。
6.C 在其他条件不变的情况下,温度越高,气体扩散得越快,A错误;布朗运动是悬浮微粒的运动,反映了液体分子的无规则运动,B错误;分子间同时存在着引力和斥力,C正确;分子间的引力总是随着分子间距的增大而减小,D错误。
7.答案 (1)Ac (2)Be (3)Cd (4)Db (5)Ea
解析 水和酒精混合后体积变小,原因是分子间存在着空隙;固体很难被压缩,原因是分子间存在着斥力;细绳不易被拉断,原因是分子间存在着引力;糖在热水中溶解得快,原因是温度越高,分子热运动越剧烈;冰冻的衣服也会变干,原因是固体分子也在做无规则运动。
8.答案 (1)3×1025 (2)4×10-10m
解析 (1)水的摩尔体积为
Vm=m3/mol=1.8×10-5m3/mol
水分子总数为
N==3×1025。
(2)建立水分子的球体模型,有πd3,可得水分子直径d=m=4×10-10m。
9.A 机械能可以为零,但物体内的分子在永不停息地做无规则运动,物体的内能永不为零,A项正确;物体的内能与物质的量、温度和体积及物态有关,B、C、D错误。
10.D 当分子间的距离从r0增大时,分子间的引力先变大后变小,A项错误;当两个分子间的距离小于平衡距离时,分子间作用力表现为斥力,B项错误;由分子间作用力与分子间距离的关系可知,分子间的相互作用力先减小后增大,再减小到零,C项错误,D项正确。
11.D 分子为球体时,1mol该物质的体积为V=NA=πd3NA,则该物质的密度为ρ=,故A错误,D正确;分子为正方体时,1mol该物质的体积为V=d3NA,则该物质的密度为ρ=,故B、C错误。
12.CD 由题图可知,当分子间距离为r0时,分子力和分子势能均达到最小,此时分子力为零但分子势能不为零,A错误;当分子间距离r>r0时,分子力随分子间距离的增大先增大后减小,分子力做负功,分子势能增大,B错误,C正确;当分子间距离r13.答案 逐渐增大 先减小后增大 先增大后减小
解析 从相距很远到开始相互接近的过程中,在有分子力的情况下,分子引力一直增大;r0是分子的平衡距离,当r大于r0时,分子力表现为引力,分子力做正功,分子动能增大,分子势能减小;当r小于r0时,分子间的作用力表现为斥力,分子力做负功,分子动能减小,分子势能增大,所以在r=r0时,分子势能最小,动能最大;所以分子势能先减小后增大,分子动能先增大后减小。
14.答案 (1)3.2×10-2 kg/mol (2)3.3×10-9 m
(3)2.7×1019
解析 (1)氧气的摩尔质量为M=NAm=6.02×1023×5.3×10-26kg/mol=3.2×10-2kg/mol。
(2)标准状况下氧气的摩尔体积V=,所以每个氧气分子所占空间的体积V0=,而每个氧气分子占有的体积可以看成是棱长为a的立方体,即V0=a3,则a3=,故a=m=3.3×10-9m。
(3)1cm3氧气的质量为
m'=ρV'=1.43×1×10-6kg=1.43×10-6kg
则1cm3氧气中含有的氧气分子个数
N==2.7×1019。(共59张PPT)
第1章
第1节 分子动理论的基本观点
课标要求
1.知道物体是由大量分子组成的,知道分子大小的数量级,知道阿伏伽德罗常数,会进行相关的计算或估算。(物理观念)
2.了解扩散现象及布朗运动,理解扩散现象和布朗运动的产生原因。(物理观念)
3.知道什么是分子的热运动,理解分子热运动与温度的关系。(物理观念)
4.知道分子间有空隙,知道分子间同时存在着引力和斥力,通过图像知道分子间的作用力随分子间距离的变化规律。(物理观念)
5.能用分子间作用力解释有关现象,明确分子动理论的内容及其意义。(物理观念)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
目录索引
基础落实·必备知识全过关
一、物体由大量分子组成
1.物体是由大量 组成的, 由一些更小的微粒组成。一般分子直径的数量级为 。
2.阿伏伽德罗常数:1 mol任何物质都含有相同的 ,这个数量用
表示。
(1)大小:在通常情况下取NA= mol-1,在粗略计算中可以取NA=6.0×1023 mol-1。
(2)意义:阿伏伽德罗常数是一个重要基本常量,通过它将物体的体积、质量等宏观量与 、 等微观量联系起来。
分子
分子
10-10 m
粒子数
NA
6.02×1023
分子的大小
质量
二、分子永不停息地做无规则运动
1. 、 和 都能发生扩散。扩散快慢与 有关,温度越 ,扩散越 。
2.布朗运动
(1)定义:悬浮在液体(或气体)中的微粒的永不停息的 运动。
(2)产生的原因:悬浮在液体中的微粒不断地受到液体分子的撞击,微粒在某一时刻所受各个方向上的撞击作用的 ,使微粒的运动状态发生变化。微粒越 ,其运动状态变化就越明显。
(3)意义:反映了液体(或气体)分子在永不停息地做 运动。
3.分子无规则运动的剧烈程度与 有关。温度 ,分子运动越剧烈。通常又把分子的无规则运动称为 。
气体
液体
固体
温度
高
快
无规则
不平衡
小
无规则
温度
越高
热运动
三、分子间存在着相互作用力
1.分子之间同时存在着 和 ,其大小与分子间的距离有关。分子间实际表现出的作用力是引力和斥力的合力。
2.分子间作用力与分子间距离变化的关系如图所示:
可以看出,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。但斥力比引力变化得快。
引力
斥力
3.分子间作用力f与分子间距离r的关系。
(1)当r=r0时,f引 f斥,分子间的作用力f合为零。
(2)当r(3)当r>r0时,f引 f斥,f合表现为引力。
(4)当r>10r0时,分子间的作用力变得很微弱,f合可忽略不计。
=
<
>
四、物体的内能
1.分子势能
(1)分子具有由它们的 决定的势能,这种势能称为分子势能。
(2)分子势能的变化可根据分子间作用力做功来确定:分子间作用力做正功,分子势能 ;分子间作用力做负功,分子势能 。
①当r②当r>r0时,分子间作用力表现为 ,再增大分子间距离,必须克服分子间 做功,分子势能随分子间距离增大而 ;
③当r=r0时,分子间作用力为零,分子势能 。
④物体的体积变化时,分子之间的距离会随之变化,分子势能也会发生改变。因此,分子势能与物体的 等因素有关。
相对位置
减小
增大
斥力
斥力
增大
引力
引力
增大
最小
体积
2.分子动能
(1)做热运动的分子具有 。
(2)分子热运动的平均动能:大量分子动能的 。
(3) 是物体内分子热运动的平均动能的标志。温度越高,分子热运动的平均动能越大。
3.物体的内能
(1)物体的所有分子热运动的 和 的总和,称为物体的内能。
(2)物体的内能与物体的 、 和 有关。
动能
平均值
温度
动能
分子势能
质量
温度
体积
想一想物体的内能随机械能的变化而变化吗 内能可以为零吗
提示 物体的机械能变化时其温度和体积不一定变化,因此其内能不一定变化,两者之间没有必然联系,组成物体的分子在做永不停息的无规则运动,因此物体的内能不可能为零。
易错辨析 判一判
(1)1 mol氧气和1 mol水所含的分子数相等。( )
(2)只有在气体和液体中才能发生扩散现象。( )
(3)分子间距离较小时只存在斥力,距离较大时只存在引力。( )
(4)打湿了的两张纸很难分开是因为分子间存在引力。( )
(5)温度降低,分子的热运动变慢,当温度降低到0 ℃以下时,分子就停止运动了。( )
√
×
提示 固体中也可以发生扩散现象。
×
提示 分子间的引力和斥力同时存在,分子间距离小于r0时斥力大于引力,分子力表现为斥力,分子间距离大于r0时斥力小于引力,分子力表现为引力。
√
×
提示 温度降低,分子热运动变慢,但不会停止。
即学即用 练一练
对于分子的热运动,以下叙述正确的是( )
A.分子的热运动就是布朗运动
B.热运动是分子的无规则运动,同种物质的分子的热运动激烈程度相同
C.气体分子的热运动不一定比液体分子激烈
D.物体运动的速度越大,其内部分子的热运动就越激烈
C
解析 分子的热运动是分子永不停息的无规则运动,而布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动,不是分子的运动,故A错误;分子无规则运动的激烈程度只与物体的温度有关,物体的温度越高,分子的热运动就越激烈,热运动是物体内部分子的运动,属于微观的范畴,与物体的宏观运动没有关系,也与物体的物态没有关系,故B、D错误,C正确。
重难探究·能力素养全提升
探究一 阿伏伽德罗常数及应用
情境探究
你知道怎样计算喝一口水,大约喝掉多少个水分子吗
要点提示 估测喝一口水的质量,根据质量与摩尔质量的关系,计算出摩尔数,再根据1 mol任何物质所含分子数是6.02×1023,可计算出一口水喝掉的水分子个数。
知识归纳
1.阿伏伽德罗常数的桥梁和纽带作用
(1)微观量:分子质量m0、分子体积(或气体分子所占的空间)V0、分子直径(或气体分子间的平均距离)d。
(2)宏观量:物质的质量m、体积V、密度ρ、摩尔质量M、摩尔体积Vm。
(3)桥梁作用:如图所示。
2.常用的重要关系式
(2)分子的体积(或气体分子所占的空间):
①对于固体和液体,因为分子间距很小,可认为分子紧密排列,摩尔体积
(5)分子的直径与间距
①对于固体和液体,分子间距离比较小,可以认为分子是一个挨着一个紧密
②对于气体,分子间距很大,一般建立立方体模型。将每个气体分子看成一个质点,气体分子位于立方体中心,如图乙、丙所示,则立方体的边长即为
应用体验
典例1 已知铜的摩尔质量M=6.4×10-2 kg/mol,铜的密度ρ=8.9×103 kg/m3,阿伏伽德罗常数NA=6.0×1023 mol-1。(计算结果保留两位有效数字)
(1)求一个铜原子的质量。
(2)若每个铜原子可提供两个自由电子,则3.0×10-5 m3的铜导体中含有的自由电子数是多少
答案 (1)1.1×10-25 kg (2)5.0×1024
解析 (1)一个铜原子的质量
(2)铜导体的物质的量
铜导体中含有的自由电子数
N=2nNA=5.0×1024。
规律方法 阿伏伽德罗常数的妙用
已知条件 求解问题 说明
固体和液体的摩尔体积Vm和一个分子的体积V0 阿伏伽德罗常数 公式亦可估算分子的大小,对气体不适用
物质的摩尔质量M和一个分子的质量m0 阿伏伽德罗常数 公式亦可估算分子的质量,对包括气体在内的所有物质都适用
已知条件 求解问题 说明
物质的体积V和摩尔体积Vm 物质的分子数 对包括气体在内的所有物质都适用
物质的质量m、密度ρ和摩尔体积Vm 物质的分子数 对包括气体在内的所有物质都适用
物质的质量m和摩尔质量M 物质的分子数 对包括气体在内的所有物质都适用
针对训练1
已知阿伏伽德罗常数为NA,某物质的摩尔质量为M,该物质的密度为ρ,则下列叙述正确的是( )
A.1 kg该物质所含的分子个数是ρNA
D
探究二 分子永不停息地做无规则运动
情境探究
“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。
为什么没有靠近梅树,却能闻到梅花的香味呢
要点提示 梅香扑鼻是分子热运动(扩散现象)最直接的证据,盛开梅花的香气在空中不断地扩散,不需靠近,就能闻到梅花的香气。
知识归纳
1.扩散现象的影响因素
(1)物态:扩散现象可以发生在固体、液体、气体任何两种不同物质之间。气态物质的扩散现象最容易发生,液态物质次之,固态物质的扩散现象在常温下短时间内不明显。
(2)温度:温度越高,扩散现象越明显。
(3)浓度差:扩散现象发生的快慢程度还受到“已进入对方”的分子浓度的限制,当浓度差大时,扩散现象较为明显。
(4)成因:扩散现象不是外界作用(例如对流、重力作用等)引起的,也不是化学反应的结果,而是分子无规则运动的直接结果,是分子无规则运动的宏观表现。
2.布朗运动
(1)实质:布朗运动是悬浮在液体(或气体)中的固体微粒的运动,不是固体微粒中单个分子的运动,也不是液体(或气体)分子的运动。它反映了液体(或气体)分子的无规则运动。
(2)特点:①永不停息;②无规则。
(3)影响因素
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易平衡;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,产生的加速度也越大,因此温度越高,布朗运动越剧烈。
(4)微粒的大小:能做布朗运动的微粒是由许多分子组成的颗粒,人眼直接观察不到, 但在光学显微镜下可以看到。
注意不是分子
3.分子热运动的特点
(1)永不停息;(2)无规则。
画龙点睛 扩散和布朗运动都与温度有关。
应用体验
典例2 如图所示,上、下两个广口瓶中分别装有密度较小的H2和密度较大的N2,中间用玻璃板隔开,抽去玻璃板后( )
A.N2向上方扩散,H2不会向下方扩散
B.N2不会向上方扩散,H2向下方扩散
C.N2和H2将同时向上和向下扩散
D.当两种气体分布均匀后,N2分子就不会由下向上运动了
解析 扩散现象是指不同物质的分子彼此进入对方的现象,两种物质的扩散是同时进行的。所以,抽去玻璃板后,N2和H2将同时向上和向下扩散,故选项C正确,选项A、B错误。当两种气体分布均匀后,分子仍在做热运动,故选项D错误。
C
规律方法 1.对扩散现象的认识要注意以下三点:
(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。
2.扩散是分子的无规则运动引起的,除温度外与重力等其他外界因素无关。
针对训练2
(多选)(2023河南洛阳高二模拟)关于扩散现象,下列说法正确的是( )
A.扩散现象可以发生在液体、气体或固体中
B.扩散现象证明了分子间有间隙
C.扩散现象是化学反应的结果
D.扩散现象证明分子在永不停息地做无规则运动
ABD
解析 扩散现象在液体、气体、固体中都会发生,选项A正确;扩散现象不是化学反应的结果,选项C错误;扩散现象能证明分子在永不停息地做无规则运动,说明分子间有间隙,选项B、D正确。
典例3 在观察布朗运动的实验中,得到某个观测记录如图所示。图中是
( )
A.分子无规则运动的情况
B.某个微粒做布朗运动的轨迹
C.某个微粒做布朗运动的速度—时间图线
D.按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线
D
解析 布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒(微粒)的无规则运动,而非分子的运动,图中是按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线,故只有D选项正确。
针对训练3
(多选)下列关于布朗运动的说法正确的是( )
A.布朗运动是液体分子的无规则运动
B.液体温度越高,悬浮颗粒越小,布朗运动越明显
C.布朗运动是由液体各部分的温度不同而引起的
D.布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮颗粒撞击作用的不平衡引起的
BD
解析 布朗运动的研究对象是固体小颗粒,而不是液体分子,故A选项错误;布朗运动的影响因素是温度和颗粒大小,温度越高、颗粒越小,布朗运动越明显,故B选项正确;布朗运动是由固体小颗粒受液体分子的碰撞作用不平衡引起的,而不是由液体各部分的温度不同引起的,故C选项错误,D选项正确。
探究三 分子间存在着相互作用力
情境探究
蹦极是一项惊险刺激的户外休闲活动。跳跃者站在高度在
40 m以上的高台上,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,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。
知识归纳
1.对分子间作用力的理解
分子间作用力是分子引力和分子斥力的合力,且分子引力和分子斥力是同时存在的。
2.对分子间作用力与分子间距离变化关系的理解
(1)r0的意义: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,所以分子间距离等于r0的位置叫平衡位置。
数量级为10-10 m
(2)分子间作用力随分子间距离变化的图像如图所示。
①分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小。
②当rr0时,分子间作用力随分子间距离的增大先增大后减小。
3.分子间作用力弹簧模型
当分子间的距离在r0附近时,它们之间的作用力的合力有些像弹簧连接着的两个小球间的作用力,拉伸时表现为引力,压缩时表现为斥力。
4.分子间作用力做功
由于分子间存在着作用力,所以当分子间距离发生变化时,分子间作用力做功。
(1)当r>r0时,分子间作用力表现为引力。当r增大时,分子间作用力做负功;当r减小时,分子间作用力做正功。
(2)当r画龙点睛 斥力比引力变化快。
应用体验
典例4 (多选)两个分子从靠近得不能再靠近的位置开始,二者之间的距离逐渐增大,直到大于分子直径的10倍以上,这一过程中关于分子间的相互作用力的下列说法正确的是( )
A.分子间的引力和斥力都在减小
B.分子间的斥力在减小,引力在增大
C.分子间相互作用的合力在逐渐减小
D.分子间相互作用的合力,先减小后增大,再减小到0
AD
解析 分子间同时存在着引力与斥力,当距离增大时,引力和斥力都在减小,只是斥力减小得比引力快。当分子间距离rr0时,分子间的斥力小于引力,因而表现为引力;当r=r0时,合力为0;当距离大于10r0时,分子间的相互作用力可视为0。所以选项A、D正确。
规律方法 对分子间作用力的三点认识
1.无论分子间的距离如何,分子引力和分子斥力都是同时存在的,不会出现只有引力或只有斥力的情况;
2.分子力是分子引力和分子斥力的合力;
3.要注意“分子力表现为引力或斥力”与“分子引力”和“分子斥力”不是同一个概念。
针对训练4
(2023福建莆田高三模拟)如图所示,A位置固定一个水分子甲,若水分子乙放在C位置,其所受分子力为零,则将水分子乙放在图中 (选填“AC之间”或“BC之间”),其分子力与水球表面层分子有相同的作用效果。若空间两个分子间距从无限远逐渐变小,直到小于r0,则分子势能变化的趋势是
(选填“一直减小”“一直增大”“先减小再增大”或“先增大再减小”)。
先减小再增大
BC之间
解析 分子间作用力表现为较近时为斥力,较远时为引力,因此水分子放在BC之间;从无限远逐渐变小时,先为引力做正功,后为斥力做负功,因此分子势能先减小再增大。
探究四 物体的内能
情境探究
如图所示,分别向10 ℃和50 ℃的水中滴入一滴红墨水,请问:
(1)哪杯水中红墨水扩散得快
(2)哪杯水中分子的平均动能大
(3)影响分子平均动能的因素是什么
要点提示 (1)50 ℃的水。
(2)50 ℃的水。
(3)温度。
知识归纳
1.分子势能
(1)分子间作用力、分子势能与分子间距离的关系
分子间距离 r=r0 r>r0,r增大 r分子间作用力 等于零 表现为引力 表现为斥力
分子间作用 力做功 — 做负功 做负功
分子势能 最小 随分子间距离的增大而增大 随分子间距离的减小而增大
分子势能与分子间距离的关系图像如图所示。
(2)分子势能的特点
由分子间的相互位置决定,随分子间距离的变化而变化。分子势能是标量,正、负表示的是大小。
(3)分子势能的影响因素
①宏观上:分子势能跟物体的体积有关。
②微观上:分子势能跟分子间距离r有关,分子势能与 r 的关系不是单调变化的。
2.分子动能
(1)单个分子的动能
①组成物体的每个分子都在不停地运动,因此每个分子都具有动能。
②由于分子运动的无规则性,在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一,同一个分子在不同时刻的动能也可能是不同的,所以单个分子的动能没有意义。
(2)分子的平均动能
①定义:物体内所有分子的动能的平均值。
②决定因素:温度是分子热运动的平均动能的标志。温度升高,分子的平均动能增大,但不是每个分子的动能都增大,个别分子的动能可能减小或不变,但总体上所有分子的动能之和一定是增大的。
(3)物体内分子的总动能
物体内分子运动的总动能是指所有分子热运动的动能总和,它等于分子热运动的平均动能与分子数的乘积。物体内分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关。
3.物体的内能
(1)内能的决定因素
①宏观因素:物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定。
②微观因素:物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。
(2)温度、内能的比较
①温度宏观上表示物体的冷热程度,是分子平均动能的标志。
②内能是物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和。
画龙点睛 分子间作用力做功与分子势能的关系W=-ΔEp。
应用体验
能力点1 分子势能
典例5 (多选)两分子间的斥力和引力的合力f与分子间距离r的关系如图所示,曲线与r轴交点的横坐标为r0,相距很远的两分子仅在分子间作用力的作用下,由静止开始相互靠近。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时,分子势能为零
B.在r=r0时,分子势能最小,但不为零
C.在r>r0阶段,分子势能一直减小
D.在rBC
解析 因为两分子相距无穷远时分子势能为零,在r=r0时,斥力和引力大小相等,方向相反,分子间作用力合力为零,分子势能最小,但不为零,A错误,B正确;在r>r0阶段,分子间作用力表现为引力,随着两分子的靠近,引力做正功,分子势能一直减小,C正确;在r能力点2 分子动能
典例6 (多选)质量相等的氢气和氧气在温度相同时,下列说法正确的是
( )
A.两种气体的分子平均动能相等
B.氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率
C.两种气体分子热运动的总动能相等
D.氢气分子热运动的总动能大
ABD
解析 因为温度是分子平均动能的标志,所以选项A正确;因为氢气和氧气的分子质量不同,平均动能又相等,所以两种气体分子的平均速率不同,由
可得,分子质量大的平均速率小,故选项B正确;两种气体分子平均动能相等,两种气体质量相等,由于氢气摩尔质量小,氢气分子数多,所以氢气分子总动能大,故C错误,D正确。
能力点3 物体的内能
典例7 关于物体的内能,以下说法正确的是( )
A.不同物体,温度相等,内能也相等
B.所有分子的分子势能增大,物体的内能也增大
C.一定质量的某种物质,即使温度不变,内能也可能发生变化
D.只要两物体的质量、温度、体积相等,两物体的内能一定相等
C
解析 物体的内能与物体的种类、状态、温度及体积等都有关系,故不同物体,温度相等,内能不一定相等,即使两物体的质量、温度、体积均相等,两物体的内能也不一定相等,选项A、D错误;分子内能包括分子动能和分子势能,故所有分子的分子势能增大,物体的内能不一定增大,选项B错误;一定质量的某种物质,温度不变,分子势能可能变化,故内能可能发生变化,选项C正确。
针对训练5
(2023江西二模)下列说法正确的是( )
A.温度升高时每个气体分子的动能都增加
B.分子间距离减小时,分子间作用力一定增大
C.分子间距离减小时,分子势能可能先减小后增大
D.物体的温度高,内能一定大
C
解析 温度是分子平均动能的标志,温度升高,分子平均动能增大,不一定每个分子的动能都增大,故A错误。当0学以致用·随堂检测全达标
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1.(多选)某气体的摩尔质量为M,摩尔体积为V,密度为ρ,每个分子的质量和体积为m0和V0,则阿伏伽德罗常数NA可表示为( )
BC
解析 气体分子之间有间隙,气体的体积是指气体所充满的容器的容积,它不等于气体分子个数与每个气体分子体积的乘积,所以A、D错误。由质量、体积、密度关系可推知B、C正确。
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2.对于热学现象的相关认识,下列说法正确的是( )
A.水流速度越大,水分子的热运动越剧烈
B.水凝结成冰后,水分子的热运动仍然没有停止
C.花粉微粒在水中做布朗运动,反映了花粉分子在不停地做无规则运动
D.在较暗的房间里,看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动是布朗运动
B
解析 分子的热运动是内部分子的运动,只与温度有关,与水流速度无关,故A错误;水凝结成冰后,水分子仍然在进行无规则运动,故B正确;花粉微粒在水中做布朗运动,是由花粉微粒受到水分子撞击受力不平衡引起的,反映了水分子在不停地做无规则运动,故C错误;在较暗的房间里,看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动不是布朗运动,布朗运动肉眼是看不到的,故D错误。
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3.(2020北京卷)分子间作用力f随分子间距离r的变化如图所示。将两分子从相距r=r2处释放,仅考虑这两个分子间的作用,下列说法正确的是( )
A.从r=r2到r=r0分子间引力、斥力都在减小
B.从r=r2到r=r1分子间作用力的大小先减小后增大
C.从r=r2到r=r0分子势能先减小后增大
D.从r=r2到r=r1分子动能先增大后减小
D
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解析 从r=r2到r=r0分子间引力、斥力都在增加,但斥力增加得更快,A错误;由题图可知,在r=r0时分子间作用力为零,故从r=r2到r=r1分子间作用力的大小先增大后减小再增大,B错误;在r=r0时分子势能最小,故从r=r2到r=r0分子势能一直减小,C错误;从r=r2到r=r1分子势能先减小后增大,故分子动能先增大后减小,故D正确。
2(共23张PPT)
第1章
第1节 分子动理论的基本观点
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A 级 必备知识基础练
1.仅利用下列一组数据,可以求出阿伏伽德罗常数的是( )
A.水的密度和水的摩尔质量
B.水分子的体积和水分子的质量
C.水的摩尔质量和水分子的体积
D.水的摩尔质量和水分子的质量
D
解析 知道水的密度和水的摩尔质量可以求出其摩尔体积,不能求出阿伏伽德罗常数,故A错误;知道水分子的体积和水分子的质量可求出其密度,不能求出阿伏伽德罗常数,故B错误;知道水的摩尔质量和水分子的体积,不知道密度,不能求出阿伏伽德罗常数,选项C错误;用水的摩尔质量除以水分子的质量可以求出其阿伏伽德罗常数,故D正确。
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2.(多选)(2023河北唐山高二期中)以下属于分子动理论基本内容的是
( )
A.物体是由大量分子组成的
B.温度是分子热运动动能的标志
C.分子在做永不停息的无规则运动
D.分子之间存在着相互作用力
ACD
解析 物体是由大量分子组成的,属于分子动理论基本内容,A正确;温度是分子热运动平均动能的标志,不属于分子动理论基本内容,B错误;分子在做永不停息的无规则运动,属于分子动理论基本内容,C正确;分子之间存在着相互作用力,属于分子动理论基本内容,D正确。
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3.(2023福建南平模拟)福建南平茶文化久负盛名,“风过武夷茶香远”“最是茶香沁人心”。泡茶时茶香四溢,下列说法正确的是( )
A.茶香四溢是扩散现象,说明分子间存在着相互作用力
B.茶香四溢是扩散现象,泡茶的水温度越高,分子热运动越剧烈,茶香越浓
C.茶香四溢是布朗运动现象,说明分子间存在着相互作用力
D.茶香四溢是布朗运动现象,说明分子在永不停息地做无规则运动
B
解析 茶香四溢是扩散现象,故C、D错误;茶香四溢是因为茶水的香味分子不停地做无规则运动,扩散到空气中,故A错误;物体温度越高,分子的无规则运动越剧烈,所以茶水温度越高,分子的热运动越剧烈,茶香越浓,故B正确。
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4.(2023重庆渝中高二期中)关于扩散现象和布朗运动,下列说法正确的是
( )
A.布朗运动就是组成悬浮微粒的分子的无规则运动
B.阳光透过缝隙照进教室,从阳光中看到尘埃的运动就是布朗运动
C.气体中较热部分上升,较冷部分下降,循环流动,这就是一种扩散现象
D.温度越高,扩散现象和布朗运动都更加剧烈
D
解析 布朗运动是悬浮微粒的无规则运动,不是组成该悬浮微粒的分子的无规则运动,故A错误;发生布朗运动的悬浮微粒尺寸很小,需要通过显微镜才能观察,故B错误;气体中冷热空气循环流动的现象是对流,不是扩散现象,故C错误;温度越高,分子热运动越剧烈,扩散现象和布朗运动都越剧烈,故D正确。
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5.下列说法正确的是( )
A.布朗运动是指液体分子的无规则运动
B.温度升高,布朗运动更加剧烈
C.分子势能增加,内能一定增加
D.内能是物体中所有分子热运动动能的总和
B
解析 布朗运动不是指液体分子的无规则运动,而是液体中悬浮颗粒的无规则运动,布朗运动反映了液体分子的无规则运动,选项A错误;温度升高,布朗运动更加剧烈,选项B正确;分子势能增加,内能不一定增加,选项C错误;内能是物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和,选项D错误。
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6.关于分子动理论,下列说法正确的是( )
A.气体扩散的快慢与温度无关
B.布朗运动是液体分子的无规则运动
C.分子间同时存在着引力和斥力
D.分子间的引力总是随分子间距的增大而增大
C
解析 在其他条件不变的情况下,温度越高,气体扩散得越快,A错误;布朗运动是悬浮微粒的运动,反映了液体分子的无规则运动,B错误;分子间同时存在着引力和斥力,C正确;分子间的引力总是随着分子间距的增大而减小,D错误。
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7.将下列实验事实与产生的原因对应起来。
A.水与酒精混合后体积减小
B.固体很难被压缩
C.细绳不易被拉断
D.糖在热水中溶解得快
E.冰冻的衣服也会变干
a.固体分子也在永不停息地做无规则运动
b.分子运动的剧烈程度与温度有关
c.分子间存在着空隙
d.分子间存在着引力
e.分子间存在着斥力
它们之间的对应关系:(1) ,(2) ,(3) ,(4) ,(5) 。(在横线上填上实验事实与产生原因的字母标号)
Ac
Be
Cd
Db
Ea
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解析 水和酒精混合后体积变小,原因是分子间存在着空隙;固体很难被压缩,原因是分子间存在着斥力;细绳不易被拉断,原因是分子间存在着引力;糖在热水中溶解得快,原因是温度越高,分子热运动越剧烈;冰冻的衣服也会变干,原因是固体分子也在做无规则运动。
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8.空调在制冷过程中,室内空气中的水蒸气接触铜管液化成水,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=1.0×103 cm3。已知水的密度ρ=1.0×103 kg/m3、摩尔质量M=1.8×10-2 kg/mol,阿伏伽德罗常数NA=6.0×1023 mol-1。求:(结果均保留一位有效数字)
(1)排出液化水中含有水分子的总数N;
(2)一个水分子的直径d。
答案 (1)3×1025 (2)4×10-10m
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解析 (1)水的摩尔体积为
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B 级 关键能力提升练
9.关于物体的内能,下列说法正确的是( )
A.机械能可以为零,但内能永远不为零
B.温度相同、质量相同的物体具有相同的内能
C.温度越高,物体的内能越大
D.0 ℃的冰的内能与等质量的0 ℃的水的内能相等
A
解析 机械能可以为零,但物体内的分子在永不停息地做无规则运动,物体的内能永不为零,A项正确;物体的内能与物质的量、温度和体积及物态有关,B、C、D错误。
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10.从两个分子靠得不能再靠近的位置开始,使二者之间的距离逐渐增大,直到大于分子直径的10倍以上。这一过程中,关于分子间的相互作用力,下列说法正确的是( )
A.当分子间的距离增大时,分子间的引力变大
B.当两个分子间的距离小于平衡距离时,分子间的作用力表现为引力
C.分子间的相互作用力在逐渐减小
D.分子间的相互作用力先减小后增大,再减小到零
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解析 当分子间的距离从r0增大时,分子间的引力先变大后变小,A项错误;当两个分子间的距离小于平衡距离时,分子间作用力表现为斥力,B项错误;由分子间作用力与分子间距离的关系可知,分子间的相互作用力先减小后增大,再减小到零,C项错误,D项正确。
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11.(2023辽宁大连高二期中)设某种液体的摩尔质量为μ,分子间的平均距离为d,已知阿伏伽德罗常数为NA,下列说法正确的是( )
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12.(多选)甲、乙两图分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图像。由图像判断以下说法正确的是( )
A.当分子间距离为r0时,分子力和分子势能均最小且为零
B.当分子间距离r>r0时,分子力随分子间距离的增大而增大
C.当分子间距离r>r0时,分子势能随分子间距离的增大而增大
D.当分子间距离rCD
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解析 由题图可知,当分子间距离为r0时,分子力和分子势能均达到最小,此时分子力为零但分子势能不为零,A错误;当分子间距离r>r0时,分子力随分子间距离的增大先增大后减小,分子力做负功,分子势能增大,B错误,C正确;当分子间距离r1
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13.(2023广东茂名高三模拟)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,不考虑其他影响,仅在分子力作用下,由静止开始相互接近,在接近过程中,分子引力 ,分子势能 ,分子动能 。(均选填“逐渐增大”“逐渐减小”“先增大后减小”或“先减小后增大”)
逐渐增大
先减小后增大
先增大后减小
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解析 从相距很远到开始相互接近的过程中,在有分子力的情况下,分子引力一直增大;r0是分子的平衡距离,当r大于r0时,分子力表现为引力,分子力做正功,分子动能增大,分子势能减小;当r小于r0时,分子间的作用力表现为斥力,分子力做负功,分子动能减小,分子势能增大,所以在r=r0时,分子势能最小,动能最大;所以分子势能先减小后增大,分子动能先增大后减小。
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14.已知氧气分子的质量m=5.3×10-26 kg,标准状况下氧气的密度ρ=1.43 kg/m3,阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,求:
(1)氧气的摩尔质量;
(2)标准状况下氧气分子间的平均距离;
(3)标准状况下,1 cm3的氧气中含有的氧气分子数。(以上计算结果均保留两位有效数字)
答案 (1)3.2×10-2 kg/mol (2)3.3×10-9 m
(3)2.7×1019
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解析 (1)氧气的摩尔质量为M=NAm=6.02×1023×5.3×10-26 kg/mol =3.2×10-2 kg/mol。
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(3)1 cm3氧气的质量为
m'=ρV'=1.43×1×10-6 kg=1.43×10-6 kg
则1 cm3氧气中含有的氧气分子个数
