第1节 物体是由大量分子组成的（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

核心素养导学 第一章　分子动理论 第1节　物体是由大量分子组成的 物理观念 (1)知道物体是由大量分子组成的。 (2)知道阿伏伽德罗常量。 (3)知道分子之间存在间隙。 科学思维 学会建立分子模型，能估算分子的大小。 一、分子的大小 1．分子：物体由大量分子组成，分子是组成物质并保持物质化学性质的最小微粒。在热学范围内，分子、原子或离子统称为_______。 2．组成物质的分子是很小的，无法用肉眼直接看到，用光学显微镜和电子显微镜也都难以观察到，可以用能放大几亿倍的___________________观察到。多数分子大小的数量级为_______m。 分子 扫描隧道显微镜 10－10 二、阿伏伽德罗常量 1．组成物质的分子数非常大。物质的量的单位是_______ (mol)。 2．定义：1 mol的任何物质都含有相同的粒子数NA，这个数量叫作________________。 3．数值：通常计算取NA＝________________。 摩尔 阿伏伽德罗常量 6.02×1023 /mol 三、分子之间存在间隙 1．气体、液体和固体分子之间都是有_______的，例如水和酒精混合之后的体积小于混合之前两者的总体积。 2．估算分子大小时，把固体、液体分子看作是一个挨着一个紧密排列的______，是一种_________的处理方法。 间隙 小球 理想化 1.如图所示，是一片叶子在放大不同倍数的照片。 (1)放大700倍看到的是叶片分子吗？ (2)放大50 000 000倍看到的是叶片分子吗？ 提示：(1)不是　(2)不是 2．我们喝一口水大约喝下6.0×1023个水分子，如果动用全世界70亿人来数这些分子，每人每秒数一个，300万年也数不完。因此为了表示物质的量，科学家引入了摩尔(mol)和阿伏伽德罗常量。根据以上情境判断： (1)已知水的密度和水的摩尔质量就能求出阿伏伽德罗常量。 ( ) (2)已知水的摩尔质量和水分子质量就能求出阿伏伽德罗常量。 ( ) (3)已知水分子体积和水的摩尔质量就能求出阿伏伽德罗常量。 ( ) × √ × 新知学习(一)|分子模型的建立 [任务驱动] 分子是极小的，人们用肉眼是无法直接观察到的，只有用放大数亿倍的扫描显微镜才可直接观察到单个分子或原子，结合上述情境，思考以下问题： (1)一般分子直径的数量级为多少？ 提示：10－10 m。 (2)为了研究问题的方便，通常情况下我们会把分子看成什么模型？ 提示：球形分子模型或正方体分子模型。　　　　 [重点释解] 1．分子的大小 (1)分子直径的数量级一般为10－10 m。 (2)分子体积的数量级一般为10－29 m3。 (3)分子质量的数量级一般为10－26 kg。 (4)分子如此微小，用高倍光学显微镜也看不到，直到1982年人们研制了能放大几亿倍的扫描隧道显微镜，才观察到物质表面原子的排列。 2．分子的简化模型 实际分子的结构是很复杂的，且形状各异。但如果我们只关心分子的大小，而不涉及分子内部的结构和运动时，既可以把分子看成球形，也可以看成立方体。具体分析如下： (1)固体和液体分子间隙很小，可建立球形分子模型(图甲)，估算分子直径。 (2)气体分子间的距离很大，可以看作每个气体分子平均占有的空间为正方体，建立立方体模型(图乙)，估算分子间距。 [典例体验] [典例]　如今发现的纳米材料具有很多优越性，有着广阔的应用前景，边长为1 nm的立方体可容纳液态氢分子(其直径约为10－10 m)的个数最接近于(　 ) A．102个 B．103个 C．106个 D．109个 [答案]　B [针对训练] 1．(多选)下列说法正确的是 (　 ) A．分子是保持物质化学性质的最小微粒 B．物质是由大量分子组成的 C．本节所说的“分子”，只包含化学中的分子，不包含原子和离子 D．无论是有机物质，还是无机物质，分子大小数量级都是10－10m 解析：保持物质化学性质的最小微粒是分子；在研究物质化学性质时，认为组成物质的微粒有分子、原子和离子，但在热学中，我们研究的是粒子的运动和相互作用规律，就不必区分微粒在化学变化中起的不同作用，因此化学中的分子、原子、离子在这里统称为“分子”，即物质是由大量分子组成的，A、B正确，C错误；除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小数量级为10－10m，D错误。 答案：AB　 2．(多选)关于分子，下列说法中正确的是 (　 ) A．分子看成球体是对分子的简化模型，实际上分子的形状并不真的都是球体 B．不同分子的直径一般不同，但数量级一定相同，均为10－10 m C．在计算分子间距时，固体、液体、气体分子均可看成一个挨一个紧密排列，且均可视为球体模型 D．对于固体、液体，可较易估算出其分子间距或分子直径，但对于气体，一般不能估算出分子直径，只能估算分子间距 解析：实际上，分子的结构非常复杂，它的形状并不真的都是球体，分子直径不可能都相同，除一些有机大分子外，一般分子直径的数量级为10－10 m。在计算分子直径时，由于固体、液体分子间距较小，可认为分子是一个挨一个紧密排列的，分子可看成球体或正方体，分子间距即为分子直径大小。但对于气体，由于分子间距比其分子大得多，不能认为一个挨一个紧密排列，一般只能估算分子间距，不能估算其直径，且估算分子间距时，气体分子所占据的空间应看成立方体，故A、D正确，B、C错误。  答案：AD　 新知学习(二)|阿伏伽德罗常量和微观量的估算 [任务驱动] 我们在化学中学过，1 mol的任何物质都含有相同的分子数，这个数量用阿伏伽德罗常量表示，讨论下列问题： (1)我们学习的微观量和宏观量有哪些？ 提示：微观量有：分子质量m0、分子体积V0、分子直径d。 宏观量有：物体的质量m、体积V′、密度ρ、摩尔质量M、摩尔体积V。 (2)为什么说阿伏伽德罗常量是联系宏观量和微观量的桥梁？ 提示：阿伏伽德罗常量把摩尔质量和摩尔体积这些宏观量与分子质量和分子体积这些微观量联系起来了，所以说阿伏伽德罗常量是联系宏观量和微观量的桥梁。　　　 [重点释解] 1．阿伏伽德罗常量NA是联系宏观物体的质量、体积、物质的量和微观分子的质量、体积、分子数的桥梁。如下表所示： 宏观物理量 联系宏观与微观的物理量 微观分子 物体的质量m 摩尔质量MA 分子质量m0 物体的体积V 摩尔体积VA 分子体积V0 物质的量n 阿伏伽德罗常量NA 分子总个数N 物体的密度ρ [典例体验] [答案]　ABC /方法技巧/ 应用阿伏伽德罗常量的解题技巧 (1)求解与阿伏伽德罗常量有关问题的思路。 答案：D　 2.如图所示，很多轿车中设有安全气囊以保障驾乘人员的安全。轿车在发生一定强度的碰撞时，利用叠氮化钠(NaN3)爆炸产生气体(假设都是N2)充入气囊。 若氮气充入后安全气囊的容积V＝56 L，囊中氮气密度ρ＝2.5 kg/m3，已知氮气摩尔质量M＝0.028 kg/mol，阿伏伽德罗常量NA＝6.02×1023 mol－1。试估算： (1)囊中氮气分子的总个数N； (2)囊中氮气分子间的平均距离。(结果均保留一位有效数字) 答案：(1)3×1024个　(2)3×10－9 m 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 物理观念——阿伏伽德罗常量 1．(选自鲁科版教材课后练习)(多选)若以M表示水的摩尔质量，Vm表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，NA表示阿伏伽德罗常量，m、V分别表示每个水分子的质量和体积。下列关系式正确的是(　 ) 答案：AC　 科学思维——分子质量和直径的估算 2．(选自鲁科版教材“物理聊吧”)根据水分子的分子量、阿伏伽德罗常量和水的密度，可估算水分子的质量和直径。用这种方法能否估算氢气中氢分子的质量和直径？ 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1．(2024·广元高二阶段练习)“绿氢”是指利用可再生能源分解水得到的氢气，其碳排放可以达到净零，是纯正的绿色新能源。已知标准状况下任何气体的摩尔体积都为22.4 L/mol，氢气摩尔质量为2 g/mol，阿伏伽德罗常量为6.02×1023 mol－1。合理选择以上所给数据，可求得1 kg氢气所含的分子数量为(　 ) A．3.01×1025个 B．3.01×1026个 C．2.24×1025个 D．2.24×1026个 答案：B　 2．钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为ρ(单位为kg/m3)，摩尔质量为M(单位为g/mol)，阿伏伽德罗常量为NA。已知1克拉＝0.2克，则 (　 ) 答案：A　 [解析]　可以认为液态氢分子的分子间是紧挨着的，其空隙可忽略，把液态氢分子看成立方体模型。因为1 nm＝10－9 m，则边长为1 nm的立方体的体积V＝(10－9)3m3＝10－27 m3；将液态氢分子看成边长为10－10 m 的立方体，则每个氢分子的体积V0＝(10－10)3m3＝10－30 m3，所以可容纳液态氢分子的个数N＝＝103个，故选B。 2．微观量与宏观量的关系 (1)1个分子的质量：m0＝＝。 (2)1个分子的体积：V0＝＝(适用于固体和液体；对于气体，V0表示一个气体分子平均占有的空间体积)。 (3)物质所含的分子数：N＝nNA＝NA＝NA。 (4)阿伏伽德罗常量：NA＝＝(只适用于固体、液体)。 (5)气体分子间的平均距离：d＝＝(V0为一个气体分子平均占据空间的体积)。 (6)固体、液体分子直径：d＝ ＝(V0为分子体积)。 [典例]　(2024·泸州高二阶段练习)(多选)我国研制出了一种超轻气凝胶，它的弹性和吸油能力令人惊喜，这种被称为“全碳气凝胶”的固态材料密度仅是空气密度的。设气凝胶的密度为ρ(单位为kg/m3)，摩尔质量为M(单位为kg/mol)，阿伏伽德罗常量为NA，下列说法正确的是(　 ) A．1 kg气凝胶所含的分子数N＝ B．1 m3气凝胶所含的分子数N＝ C．每个气凝胶分子的体积V0＝ D．每个气凝胶分子的直径d＝ [解析]　1 kg气凝胶的摩尔数为n＝，则1 kg气凝胶所含有的分子数为N＝nNA＝，A正确；1 m3气凝胶的摩尔数为n＝，则1 m3气凝胶所含有的分子数为N＝nNA＝，B正确；1 mol气凝胶中包含NA个分子，故每个气凝胶分子的体积为V0＝，C正确；设每个气凝胶分子的直径为d，则有V0＝πd3，解得d＝，D错误。 (2)V0＝对固体、液体是指分子体积，对气体则指平均每个分子所占据空间的体积，即无法求解单个气体分子的大小。 [针对训练] 1．某物质的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏伽德罗常量为NA，则单位体积中所含分子个数为 (　 ) A． B． C． D． 解析：单位体积物质的质量m＝ρ，单位体积物质的量为，故单位体积的分子个数为NA＝NA，故A、B、C错误，D正确。 解析：(1)设N2的物质的量为n，则n＝ 氮气的分子总数N＝NA 代入数据得N＝3×1024个。 (2)每个分子所占的空间为V0＝ 设分子间平均距离为a，则有V0＝a3，即a＝＝ 代入数据得a≈3×10－9 m。 A．NA＝ B．ρ＝ C．m＝ D．V＝ 解析： m＝，C正确；M＝ρVm，NA＝＝，A正确；水蒸气气体分子间距远大于水分子直径，Vm≠NAV，B、D错误。 提示：水分子的质量和氢气中氢分子的质量均可用m＝计算，水分子的直径d可用＝πd3求出，但用＝d3，只能求出氢分子间的平均间距，而不能求出氢分子的直径。 解析： 1 kg氢气物质的量为n＝＝500 mol,1 kg氢气所含的分子数量为N＝500 mol×6.02×1023mol－1＝3.01×1026个，故选B。 A．a克拉钻石所含有的分子数为 B．a克拉钻石所含有的分子数为 C．每个钻石分子直径的表达式为 (单位为m) D．每个钻石分子直径的表达式为 (单位为m) 解析： a克拉钻石物质的量(摩尔数)为n＝，所含分子数为N＝nNA＝，A正确，B错误；钻石的摩尔体积V＝(单位为m3/mol)，每个钻石分子体积为V0＝＝，设钻石分子直径为d，则V0＝π3，联立解得d＝ (单位为m)，C、D错误。 $$