1.1 分子动理论的基本观点 学案 (1)

第1节
分子动理论的基本观点
学案
【学习要求】
1．认识物体是由大量分子组成的。了解一般分子大小的数量级。
2．知道用油膜法测定分子大小的原理,通过实验估测分子的大小,体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用。
3．知道阿伏加德罗常数及其意义，会用阿伏伽德罗常数进行计算或估算。
【学习重点】
知道物体是由大量分子组成的，知道分子的模型、大小、质量
【学习重点】
结合阿伏加德罗常数对分子大小、质量进行计算时，分子的排列模式处理（是球形还是立方体）
【学习过程】
看到今天的标题，我们就会想到化学中关于物质组成的知识。事实上，今天的课差不多就是这部分知识的复习，只是某些素材和研究的途径略有不同。
一、分子的大小
人们在认识物质组成方面的历史，我们已经知道得比较多了，这里不再赘述。
设问：什么是分子？
学生：分子是物质保持化学性质的最小单位，它可以包括单个或多个原子。
我们下面从物理学的角度介绍一下人们认识分子组成的典型事实——
1．相关事实
扫描隧道显微镜观察（教材彩图2）→根据放大率反推分子大小
电子显微镜（照片）→根据放大率反推分子大小
单分子油膜法
a、原理…，以油酸分子呈立方体排列“估算”→关系：d
=
b、操作：油酸→稀释→滴入→酒精溶解→撒石膏粉（或痱子粉）取膜→面积计算
例题：将1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的的油酸酒精溶液。已知1cm3溶液有50滴，现取其1滴，将它滴在水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一单分子薄层。现已测得这个薄层的面积为0.2m2
，试由此估算油酸分子的直径。
解：d
=
=
=
5×10-10
m
答：略。
用不同的途径测量，发现不同的分子，其大小虽然各不相同，但它们的数量级是相同的——
2．分子的大小：10-10
m数量级
10-10
m在波动光学中也称之为1埃（），它是纳米的十分之一。
过渡：分子的线度是如此之小，那么组成物体的分子个数必然是巨大的。分子的线度和组成物体的分子个数除了实验测量之外，还有没有理论的方法寻求呢？
二、阿伏加德罗常数
（化学知识复习）一摩尔的任何物质都含有相同的…
1．阿伏加德罗常数：1mol的任何物质所含的粒子数，即：NA
=
6.02×1023
mol－1（精确值为6.0221367×1023
mol－1）
显然，有了阿伏加德罗常数、摩尔质量，我们就能将宏观量和微观量联系起来进行计算。阿伏加德罗常数是联系宏观世界和微观世界的重要纽带。
2．分子大小和质量的计算
当然，在计算方面，除了重复化学科目已经做过的一些处理外，还有一个分子怎么排布的问题。有关这方面的详细知识，在下一章会具体介绍。今天，我们会用到一些相对“模糊”的处理。具体怎么个模糊法，看下面的例题——
例题：已知金刚石的密度ρ=
3.5×103
kg/m3
，碳的摩尔质量为12×10-3
kg/mol。现有一块体积V
=
5.7×10-8
m3的金刚石，它含有多少个碳原子？如果认为碳原子是紧密地排列在一起的，试求碳原子的直径。
解：第一问很常规，属化学知识复习。
N
=
n
NA
=
NA
=
=
×6.02×1023
=
1.00×1022
解第二问，可以先求每个碳原子所占据的空间
v
=
=
=
=
=
=
5.70×10-30
m3
如果认为碳原子呈立方体排列，碳原子的直径d
=
=
1.79×10-10
m
如果认为碳原子呈球形排列，则
v
=
π（）3
，故，碳原子的直径d
=
=
2.22×10-10
m
这两种算法导致的结果差异较大，第二种看起来似乎更精确，但只要稍做思考，就会发现这样的问题：如果把每个分子所占的空间作为每个分子的体积，那么，分子之间的间隙不是不存在了吗？。所以，第一种算法事实上更为符合事实。
从本题的第一问可以看到，57mm3的钻石（相当于钻戒上的一颗小钻石）所含的碳原子居然有1022个！这个数字是庞大的，也就是说，物体是由大量分子组成的。建立起这样的观念非常重要。
第二问则告诉我们，遇到分子间距和质量的问题，除了化学的知识复习之外，还要进行物理的思考…
三、小结
本节我们学习了两部分内容…。知识的重点还在对化学知识的复习，建立起“物体是由大量分子组成的”这样的观念。在分子的排布方面，我们可以相机行事，具体问题具体分析。分子所占的空间和分子本身的大小是有差距的，这样的情形在气体中将会更加明显。
【练习】
1.从下列哪一组数据可以算出阿伏加德罗常数？
A.水的密度和水的摩尔质量
B.水的摩尔质量和水分子的体积
C.水分子的体积和水分子的质量
D.水分子的质量和水的摩尔质量
点拨：阿伏加德罗常数表示1
mol物质（如水）中含有的分子数。题中数据A，只能算出摩尔体积；数据B的两者之间无法直接建立联系；数据C只能算出水分子的密度；由水的摩尔质量（设为M）除以水分子质量（设为m），就可算出其中的分子数，即，就是阿伏加德罗常数。
答案：D
2.
最近发现纳米材料具有很多的优越性，有很广阔的应用前景。已知1nm（纳米）=10-9m，边长为1nm的立方体可容纳的液态氢分子（其直径约为10-10m）的个数最接近下面的哪一个数值？
A.102
B.103
C.106
D.109
点拨：边长为1nm的立方体的体积为V=10－27m3，而氢分子体积数量级为10－30m3，立方体所以可容纳的液态氢原子的数值最接近103个。
答案：B
【学后感】