2019-2020学年高中物理 第1章 分子动理论 第1节 物体是由大量分子组成的课件 粤教版选修3

第一节物体是由大量分子组成的通过初中物理的学习我们已经知道，物体是由大量分子组成的．那么一个分子到底有多大？一滴水到底由多少个分子组成？人呼吸一次能吸入多少个分子？现在就让我们开始学习新的物理知识．哈勃望远镜使我们感受到宇宙的浩瀚，电子显微镜使我们认识到微观世界的深邃．关于宇宙和粒子，下列说法错误的是()A．天体之间和分子之间都存在着相互作用力B．电子绕原子核运动与地球绕太阳运动相似C．人类对宇宙和微观世界的探索将不断深入D．用光年表示宇宙时间，用纳米量度分子大小【答案】D[天体之间存在万有引力，物体是由分子组成的，分子之间有相互作用的引力和斥力，故A说法正确；原子是由原子核与核外电子组成的，电子绕原子核运动，地球绕太阳运动，两者相似，故B说法正确；人类对宇宙和微观世界的探索将不断深入，永无止境，所以C说法正确；用光年表示宇宙距离，用纳米量度分子大小，所以D说法不正确．]一、分子的大小1．认识分子物体是由大量________组成的，分子是构成物质并保持物质化学性质的最小微粒．人们只能用放大上亿倍的扫描________________才能观察到单个的分子或原子．分子隧道显微镜2．分子的数量级(1)除了一些有机物质的大分子外，多数分子尺寸的数量级为________．(2)分子的质量的数量级一般为________kg．(3)分子的数目很多，1mol物质含有________________个分子．10－10m10－26阿伏加德罗常数二、阿伏加德罗常数1．定义：1mol物质所含有的粒子数为阿伏加德罗常数．2．数值：阿伏加德罗常数通常取NA＝______________，在粗略的计算中可取NA＝________________．3．意义：阿伏加德罗常数是一个重要的常数．它把摩尔质量、摩尔体积等宏观物理量与___________、____________等微观物理量联系起来了，即阿伏加德罗常数NA是联系微观量与宏观量的桥梁．2.6.02×1023mol－16.0×1023mol－1分子质量分子体积怎样理解“物体是由大量分子构成的”中的“大量”？【答案】(1)从分子几何尺寸的大小来感受，一般地，分子尺寸的数量级为10－10m．(2)从分子体积的数量级来感受，一般地，分子体积的数量级为10－29m3．(3)从1mol物质中所含分子的个数来反映“大量”的数量级，1mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量叫阿伏加德罗常数，NA＝6.02×1023mol－1．(4)从一个分子的质量的多少来体会“大量”的含意：一般分子质量的数量级为10－26kg．分子模型1．实际分子的结构是很复杂的，可以把单个分子看作一个立方体，也可以看作是一个小球体，通常情况下把分子当作一个球形处理．球的体积V＝4πR33，R为球半径．2．不同的物质形态其分子的排布也有区别，对固体和液体而言，可以认为分子是一个挨着一个排列的．我们可以用不同的方法测出分子的大小．3．气体分子间距离较大，常是分子线度的十倍、百倍等，常把分子占据的空间视为立方体，以此来估算分子间的平均距离．4．对简化模型的理解不论把分子视为球体还是立方体，都只是一种简化的理想模型，实际的分子有复杂的内部结构，在计算分子大小时(指固体、液体分子)由于建立的模型不同，得到的结果会稍有不同，但数量级都是10－10m．特别提醒：对于固体和液体，分子并非紧密排列，只是为研究问题方便而建立分子紧密排列的模型．例1在标准状况下，水蒸气的摩尔体积是22.4×10－3m3/mol，则水蒸气分子的平均间距约是水分子直径的()A．1倍B．10倍C．100倍D．1000倍解析：水蒸气是气体，在标准状况下的摩尔体积是22.4×10－3m3/mol，每个水蒸气分子所占体积(包括水蒸气分子和它的周围空间的体积)为V0＝VmolNA＝22.4×10－36.02×1023m3＝3.72×10－26m3．把每个分子和它所占据空间看成一个小立方体，分子间距等于每个立方体的边长，即d＝3V0＝33.72×10－26m＝3.34×10－9m．水的摩尔体积Vmol＝18×10－6m3/mol，一个水分子的体积为VmolNA，把水分子看成球体，其直径为D＝36VmolπNA＝36×18×10－63.14×6.02×1023m＝3.85×10－10m，所以dD≈10．答案：B【题后反思】气体分子并不是紧密排列的，所有分子体积之和不是气体的总体积，实际上气体分子之间的距离远比分子本身的线度大得多，即气体分子之间有很大的空隙．1．某种物质的摩尔质量为M(kg/mol)，密度为ρ(kg/m3)，若用NA表示阿伏加德罗常数，则：(1)每个分子的质量是________kg；(2)1m3的这种物质中包含的分子数目是________；(3)1mol的这种物质的体积是________m3；(4)平均每个分子所占据的空间是________m3.【答案】(1)MNA(2)ρNAM(3)Mρ(4)MρNA[(1)每个分子的质量等于摩尔质量与阿伏加德罗常数的比值，即m0＝MNA.(2)1m3的物质中含有的物质的量为n＝1·ρM＝ρM，故1m3的物质中含有的分子数为N＝n·NA＝ρNAM.(3)1mol物质的体积，即摩尔体积Vmol＝Mρ.(4)平均每个分子所占据的空间是摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值，即V0＝VmolNA＝MρNA.]阿伏加德罗常数NA把摩尔质量M、摩尔体积V这些宏观物理量与分子质量m0、分子体积V0等微观物理量联系起来，其关系如下：阿伏加德罗常数的应用1．分子质量：m0＝MNA＝ρVNA．2．分子的体积V0＝VNA＝MρNA.(仅适用于固、液体)3．物体所含的分子数N＝nNA＝mMNA＝VVmolNA＝mρVmolNA．其中n为物质的量，m、V是物体的质量、体积．特别提醒：固体、液体分子可视为球形，且分子间紧密排列没有间隙；气体分子在一个正立方体的空间范围内活动，可以近似认为气体分子均匀分布，即认为每个气体分子占据一个正方体，其边长即为气体分子间的距离．例2某空旷仓库呈立方体形，其占地面积是15m2，高是3m．已知空气的平均摩尔质量是2.9×10－2kg/mol.若仓库内所有水蒸气凝结成水后的体积为103cm3，已知水的密度为ρ＝1.0×103kg/m3，水的摩尔质量Mmol＝1.8×10－2kg/mol.求：(1)仓库内空气的质量；(2)仓库中有多少个水分子；(3)估算一个水分子的线度为多大．(结果保留2位有效数字)解析：(1)可将空气看成是在标准状况下，则每摩尔空气占有的体积V0＝22.4L，仓库内空气的物质的量为n1＝VV0＝15×322.4×10－3mol≈2×103mol，则仓库内空气的质量为m＝2.9×10－2×2×103kg＝58kg．(2)水的摩尔体积V0′＝Mmolρ＝1.8×10－21.0×103m3/mol＝1.8×10－5m3/mol，则仓库中的水分子数N＝V水NAV0′＝103×10－6×6.0×10231.8×10－5≈3.3×1025(个)．(3)方法一：建立水分子的球形模型，有16πd3＝V0′NA，则水分子直径d＝36V0′πNA＝36×1.8×10－53.14×6.0×1023m≈3.9×10－10m．方法二：建立水分子的立方体模型，有a3＝V0′NA，则水分子直径：a＝3V0′NA＝31.8×10－56.0×1023m≈3.1×10－10m．答案：(1)58kg(2)3.3×1025个(3)3.9×10－10m或3.1×10－10m例3水的相对分子质量是18，水的密度是ρ＝1.0×103kg/m3，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1.求：(1)水分子的质量；(2)全世界的人(50亿人)分一瓶水(500g)，每人可分得的水分子个数；(3)一小注射器(2mL)盛的水，若水分子一个挨一个排列成一条线，可绕地球多少圈？(设地球赤道周长为4×104km)解析：(1)水的摩尔质量为MA＝18g/mol．一个水分子的质量m0＝MANA＝18×10－36.02×1023kg＝3.0×10－26kg．(2)500g水中含有的水分子数N＝M水MANA＝500×6.02×102318＝1.7×1025(个)，每人分得：n＝1.7×102550×108＝3.4×1015(个)．(3)2mL水中含有的水分子个数N＝ρV水MANA＝103×2×10－6×6.02×102318×10－3＝6.69×1022(个)．设水分子的直径为d，由16πd3NA＝MAρ，则d＝36MAρNAπ＝3.9×10－10m．绕地球圈数：6.69×1022×3.9×10－104×107＝6.5×105(圈)．答案：(1)3.0×10－26kg(2)3.4×1015个(3)6.5×105圈【题后反思】估算固体或液体一个分子(或原子)的直径或质量，要理解如下两个要点：(1)忽略分子的间隙，建立理想化的微观构成模型，这是估算一个分子(或原子)的体积和直径数量级的基础．(2)阿伏加德罗常数NA把宏观量摩尔质量M摩与摩尔体积V摩跟微观量分子质量m与分子体积V联系起来，即M摩＝NAmV摩≈NAV→ρ＝M摩V摩．2．若已知阿伏加德罗常数，只要再知道下列哪一组物理量，就可以估算出铜分子质量()A．铜的质量和体积B．铜的密度和体积C．铜的摩尔体积和密度D．铜的摩尔体积和质量【答案】C[固体、液体分子质量为m0＝＝，则C正确；A中根据铜的质量和体积，能求出铜的密度，不能求得铜分子质量，故A错误；根据铜的密度和体积，能求出铜的质量，但不能求得铜的分子数，也就求不出铜分子质量，故B错误；根据铜的摩尔体积和质量，不能求得铜的分子数，也就求不出铜分子质量，D错误，故选C.]3．(多选)(2018年西安名校期末)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分别为m和V0，则阿伏加德罗常数NA不可以表示为()A．NA＝VV0B．NA＝ρVmC．NA＝MmD．NA＝MρV0【答案】AD[气体分子间有间距，所以分子的体积并不是所占空间的体积，故A错误；ρV为气体的摩尔质量M，再除以每个分子的质量m为NA，故B、C正确．ρV0不是每个分子的质量，故D错误．因选不正确的，故选AD．]