第一章 分子动理论 课件 (2)

课件50张PPT。第一章 分子动理论一　分子动理论　
?基础梳理?
1．物体是由大量分子组成的
(1)分子模型：对于固体与液体，通常把每个分子都看成球体，是一种简化的模型，是一种近似的处理方法．对于气体分子，一般建立立方体模型，求出的立方体边长是两个相邻的气体分子之间的距离，而不是气体分子的大小．(2)分子大小：可以验证分子直径的数量级一般为10－10 m.
(3)分子数目：阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1，它是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁．
(4)分子质量：分子的质量很小，一般分子质量的数量级为10－26kg.2．分子的热运动
(1)扩散现象：不同物质彼此进入对方的现象叫做扩散．扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明．
(2)布朗运动：反映了液体分子的无规则运动．物体的颗粒越小，布朗运动越明显．
(3)分子运动：分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子的运动越激烈．我们把分子永不停息的无规则运动叫做热运动．3．分子间的相互作用力
(1)分子间有空隙．
(2)分子间的相互作用力：分子间总是同时存在着相互作用的引力和斥力，“分子力”是引力与斥力的合力．
4．分子动理论
分子动理论的基本内容是：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，分子之间存在着引力和斥力．5．统计规律
由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调，单独来看，各个分子的运动都是无规则的、带有偶然性的，但从整体来看，大量分子的运动却有一定的规律，这种规律叫做统计规律．大量分子的集体行为受到统计规律的支配．?疑难详析?
1．布朗运动与扩散现象的关系
(1)布朗运动与扩散现象是不同的两个现象，但也有相同之处．首先，它们都反映了分子永不停息地做无规则运动；其次，它们都随着温度的升高而表现得愈加明显；(2)扩散是两种不同物质接触时，没有受到外界的影响而彼此能够进入对方的现象，气体、液体、固体都有扩散现象，扩散的快慢除了和温度有关外，还和物体的密度差、溶液的浓度有关，密度差(浓度差)越大，扩散进行得越快；布朗运动是悬浮在液体中的微粒所做的无规则运动，其运动的激烈程度与微粒的大小和液体的温度有关，这是两者的不同之处．
2．布朗运动与分子运动的关系
(1)布朗运动的研究对象是固体小颗粒；分子运动的研究对象是分子．布朗微粒中也含有大量的分子，这些分子也在做永不停息的无规则运动；
(2)布朗运动的产生原因是由于液体分子无规则运动的撞击，布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性；布朗运动与温度有关，表明液体分子的运动与温度有关，温度越高越激烈；(3)布朗运动的特点是永不停息、无规则、颗粒越小现象越明显、温度越高运动越激烈；在任何温度下都可以产生布朗运动，但温度越高布朗运动越明显；
(4)布朗运动不仅能在液体中发生，也能够在气体中发生．3．计算分子质量和分子个数的方法
设物体的体积为V、摩尔体积为Vmol，物体的质量为m，摩尔质量为M，一个分子的质量为m0＝ ，物体的密度为ρ，则可以计算物体中分子的个数
n＝ .4．分子间作用力与分子间距离的关系 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，但总是斥力变化得较快．如图1所示，虚线分别表示引力F引、斥力F斥随距离r的变化关系，实线表示分子力F随距离r的变化关系．图1当r＝r0时，F引＝F斥，F＝0；
当r＜r0时，F引和F斥都随距离的减小而增大，但F引＜F斥，F表现为斥力；
当r＞r0时，F引和F斥都随距离的增大而减小，但F引＞F斥，F表现为引力；
当r＞10r0(10－9 m)时，F引和F斥都已经十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力(F＝0)．1．如何理解固、液、气三态分子的体积
在固体和液体分子大小的估算中，每个分子的体积也就是每个分子所占据的空间，虽然采用正方体模型和球形模型计算出分子直径的数量级是相同的，但考虑到误差因素，采用球形模型更准确一些．针对气体分子来说，因为气体没有一定的体积和形状，分子间的平均距离比较大，气体分子占据的空间并非气体分子的实际体积．?深化拓展?在研究分子间的空隙时，注意区别宏观中的小空间与分子间的空隙．例如压缩面包时体积会减小，这只表明面包颗粒之间有气体空腔，压缩面包时把气体挤出面包，面包的体积减小，并不能证明分子间有空隙．布朗运动和扩散现象可以证明分子间有空隙．2．通过哪些实验可以证明分子间存在空隙3．为什么气体容易压缩而固体、液体不容易被压缩
当固体不被压缩或拉伸时，分子间的距离r＝r0；当固体被压缩时r＜r0，分子力迅速表现为强大的斥力，使人感觉很难压缩．液体的情况与固体相似，也是很难被压缩．而气体分子之间的间隙较大，分子力近似为零，所以很容易被压缩．一　用油膜法估测分子的大小　
一、实验目的
学习一种估测分子大小的方法．
二、实验原理
把一滴油酸(油酸的分子式为C17H33COOH)滴到水面上，油酸的每一个分子可以看成由两部分组成，一部分是C17H33—，另一部分是—COOH.—COOH对水有很强的亲和力，当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成一层纯油酸薄膜． 其中C17H33一部分冒出水面，而—COOH部分留在水中，油酸分子直立在水面上，形成一个单分子油膜．如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可以认为等于油酸分子的直径．如图2所示是单分子油膜侧面的示意图．如果事先测出油酸液滴的体积V，再测出油膜的面积S，就可以估算油酸分子的直径d＝ .图2三、实验器材
注射器(或胶头滴管)、量筒、痱子粉(或石膏粉)、盛水浅盘、水、油酸酒精溶液、玻璃板、彩笔、坐标纸．
四、实验步骤
1．往盛水浅盘里倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上；
2．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1 mL时的滴数；3．用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液滴在水面上一滴，油酸就在水面上散开，形成一层纯油酸薄膜；
4．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在盛水浅盘上，然后在玻璃板上用彩笔画下油酸薄膜的形状；
5．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的小格子数，计算薄膜面积S；6．根据配制的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V；
7．根据一滴纯油酸的体积V和薄膜面积S，计算薄膜厚度即油酸分子的大小． 五、数据处理
根据上面记录的数据，完成以下表格内容. 六、误差分析
1．油酸酒精溶液配制后长时间放置，溶液的浓度容易改变，会给实验带来较大误差；
2．利用小格子数计算轮廓面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差．为减小误差，不足半个格子的舍去，多于半个格子的算一个．方格边长的单位越小，计算出的面积越精确；
3．测量量筒内溶液增加1 mL的滴数时，注意正确的观察方法．七、注意事项
1．为了防止油酸滴落时外溅，且又容易形成较理想的油膜边界，滴油酸溶液时针头离水面高度为1 cm较为适当．当针头靠近水面时(油滴未滴下前)，会发现针头下方的粉层已经被排开，这是由于针头中的酒精挥发所致，不影响实验效果；2．画轮廓时要等待油酸面扩散后又收缩稳定时才可进行．油酸扩散后又收缩有两个原因，一是由于水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复，二是酒精挥发后液面收缩；
3．因为水和油酸都是无色透明的液体，所以要用痱子粉来显示油膜的边界．注意要从盘的中央加痱子粉．由于加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开，同时粉粒之间又存在着排斥作用，粉会自动扩散至均匀．这样做，比将粉撒在水面上的实验效果要好；4．当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，为防止影响下次实验时油酸的扩散和油膜面积的测量，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁；
5．本实验只要求估算分子的大小，实验结果数量级符合要求即可．题型一　微观量的估算
[例1]　铜的摩尔质量6.35×10－2 kg/mol，密度为8.9×103 kg/m3，求：
(1)铜原子的质量和体积．
(2)1 m3铜所含的原子数．
(3)估算铜原子的直径．[答案]　(1)1.05×10－25 kg　1.19×10－29 m3　(2)8.4×1028个　(3)2.8×10－10 m题后反思：(1)由宏观量通过阿伏加德罗常数做桥梁，便可求出微观量．应用公式时一定要注意各量的物理意义．
(2)计算固体或液体的物质的量n摩时，常根据所给固体或液体的质量m(或体积V)，利用组成物质的摩尔质量M摩(及密度ρ)来求，即n摩＝ 已知汞的摩尔质量为M＝200.5×10－3 kg/mol，密度为ρ＝13.6×103 kg/m3，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 /mol.求：
(1)一个汞原子的质量(用相应的字母表示即可)；
(2)一个汞原子的体积(结果保留一位有效数字)；
(3)体积为1 cm3的汞中汞原子的个数(结果保留一位有效数字)．答案：(1)m0＝　
(2)2×10－29 m3　
(3)4×1022个三　油膜法测分子直径
[例3]　在做用油膜法估测分子大小的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每104 mL溶液中有6 mL油酸．用注射器测得1 mL上述溶液有75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，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图3所示，坐标纸上正方形方格的边长为1 cm，试求：图3(1)油酸膜的面积是多少？
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？
(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径．
[解析]　(1)根据图形，数得格子数为129个，那么油膜面积是S＝129×1 cm2＝129 cm2. [答案]　(1)129 cm2　(2)8×10－6 mL　(3)6.2×10－10 m
题后反思：(1)必须注意单位的统一．
(2)计算油膜面积时，必须遵循“数格子法”的原则(不足半个的舍去，大于半个的算一个)．
(3)要注意纯油酸体积的计算方法． 用油膜法估测油酸分子的大小，实验器材有：浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度为0.1 mL的量筒、盛有适量清水的45×50 cm2浅盘、痱子粉 、橡皮头滴管、玻璃板、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%油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1 mL油酸酒精溶液时的滴数NB．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1 cm的正方形为单位，计算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大小________(单位：cm)．解析：本题考查实验操作和理解能力．
(1)将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上．1．做布朗运动实验，得到某个观测记录如图4.图中记录的是 (　　)
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图4解析：本题考查布朗运动的特点和布朗运动与液体分子运动的关系，意在考查考生对热学中基本的现象的掌握情况．布朗运动是小颗粒的无规则运动，图中是每隔相等的时间间隔内颗粒的位置连线图，不是运动轨迹，从一个位置到另外的位置是怎样运动的，无从得知．
答案：D2．下列说法正确的是 (　　)
A．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映
B．没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能
C．知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数
D．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同解析：布朗运动是指悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，并不是指颗粒分子的运动，所以A错误．热量不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，所以B错误．知道摩尔质量和密度可求摩尔体积，求不出阿伏加德罗常数，所以C错误．内能不同的物体分子运动的平均动能可能相同，即只要物体的温度相同，分子平均动能就相同，所以D项正确．
答案：D3．体积为V的油滴，落在平静的水面上，扩展成面积为S的单分子油膜，则该油滴的分子直径约为________．已知阿伏加德罗常数为NA，油的摩尔质量为M，则一个油分子的质量为________4．(1)如图5所示，把一块洁净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面．如果你想使玻璃板离开水面，必须用比玻璃板重力________的拉力向上拉橡皮筋．原因是水分子和玻璃的分子间存在________作用．
(2)往一杯清水中滴入一滴红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色．这一现象在物理学中称为________现象，是由于分子的________而产生的．这一过程是沿着分子热运动的无序性________的方向进行的．图5解析：(1)水分子对玻璃板下表面分子有吸引力作用，要拉起必须施加大于重力和分子吸引力合力的拉力．
(2)红墨水分子进入水中为扩散现象，是分子热运动的结果，并且分子热运动
朝着熵增大的即无序性增大的方向进行．
答案：(1)大　引力　(2)扩散　热运动　增大5．已知气泡内气体的密度为1.29 kg/m3，平均摩尔质量为0.029 kg/mol.阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1，取气体分子的平均直径为2×10－10m.若气泡内的气体能完全变为液体，请估算液体体积与原来气体体积的比值．(结果保留一位有效数字)．答案：1×10－4(9×10－5～2×10－4)