高考专题热学综合

高考专题：热学综合【考纲要求】1.了解分子运动论的基本内容，掌握温度的微观解释。2.了解改变物体内能的两种方式，掌握能量转化和守恒定律内容及在一定条件下的具体表达形式。3.熟练掌握描述气体状态的状态参量，了解气体三大实验定律和理想气体状态方程。4.了解p-V、p-T、V-T图像物理意义并能灵活应用。知识结构热点导析1.微观量的估算微观量指因物体很小而不易直接测量的量，如分子质量、分子体积（或占有空间）、分子平均间距等。与微观量对应的量分别是摩尔质量、摩尔体积等，而两类量之间联系的桥梁为阿伏加德罗常数，如：v=0NVmol,m分=0NVmol等。2.易错的几个概念温度和内能只有宏观物体（大量分子组成整体）才具有，对个别分子而言，温度和内能无意义。吸热和物体温度升高二者无必然联系，改变物体温度热传递和做功两种形式均能达到目的。求解热力学问题只通过分析气体的初末状态而忽视状态变化的实际过程是不妥的。典型例析例1设某人的肺活动量为400mL，试计算在此人一次吸气过程中，有多少分子是他在一年前的一次呼气过程中呼出的？解析大气压是由大气重量产生的，地球上大气层的总质量：m=gG=P0gR24=105×4π×(6.4×106)2×101=5.14×1018kg标准状态下，大气压占据的总体积：V=029.0104.221014.523180mV=4×1024ml人呼出的一口气经一年时间在大气层中占据的比率为n=vv1=1×10-22一年后吸一口气中有n′=4.221002.64.01012322=1说明初看本题，似乎根本无从下手，但仔细揣摩题意，可知一年时间内可认为原来呼出的那口气已充分混合于大气层中，算出这口气在整个大气层中所占的比例，即可求出问题的结果，解本题的关键是要合理地模型，将实际问题理想化。例2如图4-8-1所示，食盐（NaCl）晶体是由钠离子（图中○）和氯离子（图中●）组成，这两种离子在空间中有三个互相垂直的方向上，都是等距交错排列。已知食盐的摩尔质量是58.5g·mol-1，食盐的密度是2.2g·cm-3，阿伏加德罗常数为6×1023mol-1，在食盐中两个距离最接近的钠离子中心间的距离为数值是最接近于（就下列四个数值相比）（）A.3.0×10-8cmB.4.0×10-8cmC.3.5×10-8cmD.5.0×10-8cm解析由图可知，所求的最近距离为两个小立方体表面正方形对角线的长l。先求食盐摩尔体积VN=M已知1mol食盐中有Na离子1mol，Cl离子1mol。则两个离子平均占有空间体积为V0=NVN2,N为阿伏加德罗常数小立方体的棱长l1=3V两个最近Na离子间的距离为l=2l1=232NM=23232.210625.58cm说明本题在计算两个离子所占有的空间体积上有多种理解，计算V0的数值也是解答本题的关键和难点。同时一般认为固体的分子微粒是紧密排列的，两个离子所占有的空间和两个离子体积近似相等。而地气体而言，两个分子所占有的空间体积和分子本身体积是两个数值相差很远的不同物理量。例3下列说法中正确的是（）A.液体中悬浮微粒的布朗运动是无规则运动的液体分子撞击微粒的而引起的B.物体的温度越高，其分子的平均动能越大C.物体里所有分子动能的总和叫做物体的内能D.只有传热才能改变物体的内能解析本题为1998年全国高考试题悬浮在液体中的固体小微粒之所以能够做无规则运动，就是液体分子从四面八方对固体小微粒的撞击不平衡而引起的，所以A是正确的。温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能也越大；反过来，分子的平均动能越大，其温度越高。所以B正确。物体的内能是所有分子的动能和势能的总和，所以C不正确。做功和热传递都可改变物体的内能，所以D不正确。说明（1）布朗运动的形成原因是液体分子无规则运动对小微粒的撞击而产生的。（2）分子的平均动能是大量分子动能的平均值，而物体分子的动能是所有分子动能的总和，分子的平均动能是对一个分子而言的。物体分子的动能是对所有分子而言的。而温度是分子平均动能的标志，并不是物体分子动能的标志。例4如图4-8-2所示，为一定质量的理想气体状态变化的p-T图，下列说法正确的是（）A.由状态a至状态b，气体吸热，对外做功，内能增加B.由状态b至状态c，气体吸热，对外做功，内能增加C.由状态c至状态d，气体吸热，对外做功，内能不变D.由状态d至状态a，气体吸热，对外做功，内能减少解析解答此类问题的常规解法是：先从体积的变化情况判断气体的做功情况，气体体积膨胀，气体对外做功，反之气体体积减小，外界对气体做功；再从温度的变化判断气体内能的变化情况，温度升高，气体内能增加，温度降低，气体内能减小，最后再由能量守恒定律（气体性质中即为热力学第一定律）判断吸热还是放热。本题先从a、b、c、d四点与原点的连线的斜率的大小判定气体体积的大小，即Vd＞Vc＞Vb=Va,A错；b到c，属等压膨胀，对外做功，温度升高，吸收热量，B正确；c到d，属等温膨胀，对外做功，内能不变，吸收热量，C正确；d到a，属等压压缩过程，外界对气体做功，内能减少，向外放热，D错。说明本题属热力学第一定律的应用，应不属于原考纲指定内容，但也可从能的转化和守恒定律角度理解，所以可作为考查内容，并且新物理教材中已加入了热力学第一定律的内容。例5能源是人类生存和发生的重要支撑因素。请回答以下有关能源的问题：（1）人类历史进程的各个阶段，如按照石器时代、铁器时、蒸气时代、电力时代划分，各时代主要的动力来源分别是、、、。（2）人类所使用的能量绝大部分来源于太阳能。捕获太阳能的生物主要为绿色植物，绿色植物能够通过光合作用把太阳能转化为化学能，光合作用的总反应式是。光合作用释放的氧气则来自于参加反应的哪种物质？。（3）煤、石油、天然气、水能及生物能等是多年来大规模使用的能源，被称为能源。而核能、地热、海洋能、沼气以及现在又有新的利用方式的太阳能、风能等都被称为能源。①煤、石油、天然气等能源以热的形式供给人们需要的能量。试以它们各自的主要成分C、CnH2n+2和CH4为代表，写出它们燃烧过程的化学方程式。指出它们质量相同时，哪一种燃烧对环境造成的负而影响（产生温室效应）最小。②水能是可再生能源，可持续地利用它来发电，为人类提供“清洁”的能源。若一水力发电站水库的平均流量为Q（m3/s），落差为h(m)，发电效率为η,则全年发电量（kW·h-千瓦·时）是多少？（4）人类利用和开发能源的过程体现了什么哲学道理？（5）为了保证我国社会主义现代化建设顺利进行，国家已把能源的利用和开发作为经济建设和社会发展的战略重点。我国目前最主要的能源品种是，其藏量最丰富的省（区）是，其产量最多的省（区）是。我国能源利用的主要问题有。解析本题为1999年全国保送综合试题（1）人的体力、畜力、燃煤动力、电力（2）6CO2+12H2O叶绿体光能C6H12O6+6H2O+6O2，水（3）常规，新①C+O2=CO2CnH2n+2+213nO2=nCO2+(n+1)H2OCH4+2O2=CO2+2H2OCH4产生的CO2最少，对环境造成负面影响最小②A=Q×103ghη×365×24千瓦·时=8.76×107Qhη千瓦·时（4）①体现了在实践过程中必须尊重客观规律②体现了人可以认识和利用规律③体现了对自然的认识在实践过程中不断深化（5）煤，山西，山西能源地区分布不均，能源生产与能源消费地区不匹配。人均能源消费量低，能源利用率低，单位产值能耗大。能源消费构成不尽合理。广大农村大量用木材，秸杆等作为燃料说明若从联系和发展的角度回答问题，可酌情给分。例6一带活塞的绝热密闭容器中盛有A、B组成的混合气体，从状态1反应变化到状态2，变化典线如图4-8-3所示，则该反应方程：A(g)+B(g)=2C(g)是（）A.放热过程B.吸热反应C.该过程对外界做功D.混合气体的内能不变解析因该化学反应气体的摩尔数不变，另由P-V图可知，该过程维持压强不变，但体积变大，即需对外界做功，并且气体的温度也增加，即密闭容器中气体的内能增加，注意到容器是绝热密闭的，故该化学反应一定是放出热量的，即选项A，C正确说明该化学反应放出的热量用来对外做功和增加密闭气体的内能，本题是一道和化学知识有机联系的综合题。例7现有m=0.9kg的硝酸甘油（C3H5（NO3）3）被密封于体积V0=4.0×10-3m3的容器中，在某一时刻被引爆，瞬间发生激烈的化学反应，反应的产物全是氮、氧……等气体，假设：反应中每消耗1kg硝酸甘油释放能量U=6.00×106J；反应产生的全部混合气体温度升高1k所需能量Q=1.00×103J，这些混合气体满足理想气体状态方程TPV=C（恒量），其中恒量C=2400J/k，已知在反应前硝酸甘油的温度T0=300K，若设想在化学反应发生后容器尚未破裂，且反应释放的能量全部用于升高气体的温度。求器壁所受的压强。解析化学反应完成后，硝酸甘油释放的总能量W=mu①设反应后气体的温度为T，根据题意有，W=Q(T-T0)②器壁所受的压强P=0VCT③联立①②③式并代入数据得P=3.4×108Pa④说明本题是以物理知识为主的理、化综合题，涉及气体基本性质、热容量等基本知识，但题目又均提供有关知识提示。带有信息题的形式。本题为2002年高考题。【综合能力训练】一、选择题（至少有一个选项符合题意）1.只要知道下列哪一个物理量，就可以估算出气体分子间的平均距离（）A.阿氏常数，该气体的摩尔质量和质量B.阿氏常数，该气体的摩尔质量和密度C.阿氏常数，该气体的质量和体积D.该气体的密度、体积和摩尔质量2.在冬季，剩有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后，第二天拔瓶口的软木塞时觉得很紧，不易拔出来，其中主要原因是（）A.软木塞受潮膨胀B.并口因温度降低而收缩变小C.白天气温升高，大气压强变大D.瓶内气体因温度降低而压强减小3.以下的无规则运动中属于布朗运动的是（）A.下雪天雪花纷飞B.一束阳光射入屋内，看到尘埃飞舞C.汽车驰过，路上扬起尘土D.用显微镜观察到悬浮在液体或气体中的固体微粒的运动4.通常把萝卜腌成咸菜需要几天，而把萝卜炒成熟菜，使之具有相同的咸味，只需几分钟，造成这种差别的主要原因是（）A.盐的分子太小了，很容易进入萝卜中B.盐分子间有相互相互作用的斥力C.萝卜分子间有空隙，易扩散D.炒菜时温度高，分子热运动激烈5.关于能源的开发和节约，你认为以下哪些观点是错误的？（）A.能源是有限的，无节制地利用常规能源（如石油之类）是一种盲目的短期行为B.根据能量守恒定律，担心能源枯竭实在是一种杞人忧天的表现C.能源的开发利用，必须要同时考虑其对环境的影响D.通过核聚变和平利用核能是目前开发新能源的一项有效途径6.一绝热容器内封闭着一定质量的气体，容器在被高速运输途中突然停下来，则（）A.因为气体的温度与机械运动的速度无关，故容器中气体的温度不变B.因容器是绝热的，故容器中气体温度不变C.容器停止运动时，气体分子的速度亦随之减小，所以气体温度降低D.容器停止运动时，气体分子随容器一起运动的动能转化为气体分子无规则运动的动能，所以气体的温度升高7.如图4-8-4所示为电冰箱的工作原理，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，那以，下列说法中正确的是（）A.在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量B.在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量C.在冰箱外的管道中，制冷剂被剧烈压缩并放出热量D.在冰箱内的管道中，制冷剂被剧烈压缩并吸收热量8.如图4-8-5所示，在图所示的两个相同的容器中分别充入N2（甲容器中）和NO2（乙容器中），在常温常压下，甲、乙两个容器的活塞均停在Ⅰ处（图中虚线部分），当用外力缓慢推活塞至Ⅱ处时，外力对容器所做的功的关系是（）A.W甲＞W乙B.W甲＜W乙C.W甲=W乙D.无法比较9.表面平滑的太空飞行器在太空中相互摩擦，很容易发生“粘合”现象，这是由于（）A.摩擦生热的作用B.化学反应的作用C.分子力的作用D.万有引力的作用10.如图4-8-6所示，一试管浸入一烧杯