1.1.1 物体是由大量分子组成的 分子的热运动 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

DIYIZHANG 第1章 第1课时　物体是由大量分子组成的　 　 分子的热运动 1.知道物体是由大量分子组成的，知道阿伏伽德罗常数及其意义，会用阿伏伽德罗常数进行计算或估算(重难点)。 2.知道分子永不停息地做无规则运动，理解扩散现象、布朗运动产生的原因(重点)。 学习目标 2 内容索引 一、物体由大量分子组成 二、分子永不停息地做无规则运动 课时对点练 3 一 物体由大量分子组成 4 物体是由大量分子(或原子)组成的。 如图，如果我们把地球的大小与一个苹果的大小相比，那就相当于将直径为1 cm的球与分子相比。可见，分子是极其微小的。如果要表示1 cm3体积内水分子个数，以“个”为单位很麻烦，为方便计算分子个数，科学家引入了哪个物理量？ 答案　阿伏伽德罗常数 1.分子的大小 (1)热学中的分子：当探讨 、 或 等微观粒子的热运动时，通常将它们统称为分子。 (2)一般分子直径的数量级为 m。 梳理与总结 分子 原子 离子 10－10 2.阿伏伽德罗常数 (1)定义：1 mol任何物质都含有 的粒子数，这个数量称为阿伏伽德罗常数。 (2)数值：NA＝ 。 (3)意义：阿伏伽德罗常数是一个重要的基本常量，通过它可将物体的体积、质量等 与分子的大小、质量等 联系起来。 相同 6.02×1023 mol－1 宏观量 微观量 (1)物体是由大量分子组成的，分子是不可再分的最小单元。(　　) (2)本节所说的“分子”，既包含化学中的分子，也包含原子和离子。 (　　) (3)高倍的光学显微镜能够直接看到分子。(　　) × √ × 辨析 180 g水中含有多少个水分子？若一个人每分钟数200个分子，需要数多长时间？(已知水的摩尔质量为18 g/mol，NA≈6.0×1023 mol－1) 例1 180 g水所含的物质的量 答案　6.0×1024个　3×1022 min(约5.7×1016年) 180 g水中所含的分子数N＝nNA＝6.0×1024个 已知水的摩尔质量为M，水的密度为ρ，阿伏伽德罗常数为NA。 (1)一个水分子的质量为______。 例2 (2)假设水分子紧密排列，则一个水分子的体积为________。水分子的直 径d＝__________。 (3)用上述方法能否估算氢气中氢气分子的质量和直径？为什么？ __________________________________________ 能估算出质量，不能估算出直径，理由见解析　 因气体分子间距比较大，只能估算每个气体分子所占空间，不能估算出气体分子的体积和直径，但可以估算氢气分子的质量。 (4)已知某气体的摩尔质量为M0，标准状况下密度为ρ0，则标准状况下气 体分子间的平均间距d′＝________。 将气体分子视为正方体模型 正方体的边长即为分子间的平均间距 (多选)(2022·山东淄博市第一中学高二月考)用M表示液体或固体的摩尔质量，m表示分子质量，ρ表示物质密度，Vmol表示摩尔体积，V0表示分子体积。NA表示阿伏伽德罗常数，下列关系式正确的是 例3 √ √ √ 1.微观量与宏观量的关系 已知物体的摩尔质量为M，摩尔体积为Vmol，物体的质量为m，物体的体积为V，物体的密度为ρ，阿伏伽德罗常数为NA。 总结提升 2.分子的两种简化模型 总结提升   球体 正方体 意义 对于固体和液体，分子间距离比较小，可以认为分子是一个个紧挨着排列的，通常把分子看成球体模型，分子间的距离等于分子的直径 对于气体，分子间距离比较大，是分子直径的数十倍甚至上百倍，此时把气体分子平均占据的空间视为正方体模型，正方体的棱长即为分子间的平均距离 总结提升 图例     总结提升 公式及“d”的含义 由V0＝ 和d＝2r得： d＝ (式中r、d分 别表示分子的半径和直径，V0表示一个固体或液体分子的体积) 由V0＝d3得：d＝ (式中d表示分子间的平均距离，V0表示一个气体分子平均所占的空间体积)   说明 对于液体和固体物质，在估算分子直径数量级时，既可以简化为球体模型，也可以简化为正方体模型 二 分子永不停息地做无规则运动 20 “墙角数枝梅，凌寒独自开。遥知不是雪，为有暗香来”是北宋诗人王安石的一首脍炙人口的诗，仿佛把我们也带入了一个梅香扑鼻的世界。为什么没有靠近梅树，却能闻到梅花的香味呢？ 答案　因为气体分子在做无规则运动 1.扩散现象 (1)定义：将蓝黑墨水滴入清水中，蓝黑墨水不断地在清水中 ，这就是扩散现象。 (2)普遍性：气体、 和 都能发生扩散。 (3)规律： 越高，扩散越快。 梳理与总结 散开 液体 固体 温度 2.布朗运动 (1)定义：微粒的永不停息的 。 (2)产生的原因：布朗运动是由微粒在液体中受到 引起的。悬浮在液体中的微粒不断地受到液体分子的撞击，微粒在某一时刻所受各个方向上的撞击作用的 ，使微粒的运动状态发生变化。 (3)影响因素：①微粒大小：微粒越小，布朗运动越明显。 ②温度高低：温度越高，布朗运动越剧烈。 (4)意义：间接反映了液体分子在永不停息地做 运动。 无规则运动 液体分子的撞击 不平衡 无规则 3.热运动 (1)定义：分子的 运动。 (2)影响因素：温度 ，分子的无规则运动越剧烈。 无规则 越高 (1)把一碗小米倒入一袋玉米中，掺匀后小米进入玉米的间隙中，这是扩散现象。(　　) (2)阳光从狭缝中射入较暗的室内，透过阳光看到飞舞的尘埃，这些尘埃颗粒的运动就是布朗运动。(　　) (3)布朗运动是悬浮在液体中的微粒的热运动。(　　) (4)布朗运动就是液体分子的无规则运动。(　　) (5)布朗运动是液体分子无规则运动的反映。(　　) × √ × × × 辨析 1.小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动。他把小颗粒每隔相等时间的位置记录在坐标纸上(如图)，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来。根据记录情况，小张得出结论：固体小颗粒的运动是无规则的，这证明水分子的运动是无规则的。小李不同意小张的结论，他认为： 思考与讨论 “小颗粒沿着笔直的折线运动，说明水分子在短时间内的运动是规则的，否则小颗粒怎么会沿直线运动？”对此，说说你的看法。 答案　不同意小李的说法，因为小张是每隔一定时间记录小颗粒的位置，而在这段时间内，小颗粒也在不停地做无规则运动，画的折线并没有反映出来。 2.温度降低，分子的热运动变慢，当温度降低到0 ℃以下时，分子就停止运动了，这种说法对吗？ 答案　不对。分子的热运动是永不停息的。虽然温度降低，分子的无规则运动变慢，但不会停止，所以当温度降低到0 ℃以下时，分子的无规则运动仍然不会停止。 关于扩散现象，下列说法正确的是 A.温度越高，扩散进行得越快 B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应 C.扩散现象只能在液体中发生 D.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 例4 √ 根据分子扩散现象的显著程度与温度的关系，温度越高，扩散进行得越快，故A正确； 扩散现象是由分子无规则运动引起的，没有产生新的物质，是物理现象，故B错误； 扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，故C错误； 液体中的扩散现象不是由于液体的对流形成的，而是由于液体分子无规则运动产生的，故D错误。 (多选)(2022·福建南安市侨光中学月考)气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态微粒所组成的气态分散系统。这些固态或液态微粒的大小一般在10－3～103 μm之间。已知布朗运动微粒大小通常在10－6 m数量级。下列说法正确的是 A.布朗运动是气体介质分子的无规则的运动 B.在布朗运动中，固态或液态微粒越小，布朗运动越剧烈 C.在布朗运动中，微粒无规则运动的轨迹就是分子的无规则运动的轨迹 D.当固态或液态微粒很小时，能很长时间都悬浮在气体中，是受到气体 分子无规则运动撞击而导致的 例5 √ √ 悬浮在气体介质中的固态或液态微粒的无规则运动是布朗运动。布朗运动是气体分子无规则运动撞击微粒的结果，所以它反映的是气体分子的无规则运动；微粒越小，气体分子对微粒的撞击作用越不容易平衡，布朗运动越剧烈，故B、D正确，A错误； 在布朗运动中，微粒本身并不是分子，而是分子团，所以微粒无规则运动的轨迹不是分子无规则运动的轨迹，故C错误。 (2022·福建莆田市高二期中)关于分子的热运动，以下叙述正确的是 A.布朗运动就是分子的热运动 B.同种物质分子的热运动剧烈程度相同 C.气体分子的热运动不一定比液体分子剧烈 D.物体运动的速度越大，其内部的分子热运动就越剧烈 例6 √ 布朗运动是悬浮在液体中的微粒的无规则运动，微粒是由大量分子构成的，布朗运动不是分子的热运动，故A项错误； 同种物质的分子若所处温度不同，其热运动的剧烈程度也不同，故B项错误； 温度是分子热运动剧烈程度的标志，温度越高，分子热运动越剧烈，与物体运动的速度无关，由于气体和液体的温度不确定，所以气体分子的热运动不一定比液体分子剧烈，故C项正确，D项错误。 布朗运动与热运动的区别与联系 总结提升   布朗运动 热运动 不同点 研究对象 固体微粒 分子 观察难易程度 可以在显微镜下看到，肉眼看不到 在光学显微镜下看不到 相同点 ①无规则；②永不停息；③温度越高越剧烈 联系 周围液体(或气体)分子的热运动是布朗运动产生的原因，布朗运动间接反映了分子的热运动 说明：分子无规则的运动，不是宏观物体的机械运动，二者没有关系 三 课时对点练 考点一　物体由大量分子组成 1.(多选)物质是由大量分子组成的，下列相关说法正确的是 A.1 mol任何物质都含有相同的粒子数 B.阿伏伽德罗常数用符号NA表示，在通常的计算中取NA＝6.02×1023 mol－1 C.分子很小，我们无论通过什么方式方法都无法看到它 D.分子很小，虽然肉眼看不到，但在高倍光学显微镜下可以观测到 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 基础对点练 √ √ 14 1 mol任何物质都含有相同的粒子数，阿伏伽德罗常数用符号NA表示，在通常的计算中取NA＝6.02×1023 mol－1，故A、B正确。 分子很小，即使用高倍光学显微镜也无法观测到，用扫描隧道显微镜才能观测到，C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2.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 A.10个 B.103个 C.106个 D.109个 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 nm＝10－9 m，则边长为1 nm的立方体的体积V＝(10－9)3 m3＝10－27 m3。将液态氢分子看作棱长为10－10 m的小立方体，则每个氢分子的体积V0＝(10－10)3 m3＝10－30 m3，所以可容纳的液态氢分子的个数N＝ ＝103个，故选项B正确。 √ 14 3.(2023·福建南平市高二期末)已知油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏伽德罗常数为NA。若用m表示一个油酸分子的质量，用V0表示一个油酸分子的体积，则下列表达式中正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4.已知在标准状况下，1 mol氢气的体积为22.4 L，氢气分子间距约为(NA＝6.02×1023 mol－1) A.10－9 m B.10－10 m C.10－11 m D.10－8 m √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 5.(2023·福建龙岩第一中学高二检测)阿伏伽德罗常数是NA(单位为mol－1)，铜的摩尔质量为M(单位为g/mol)，铜的密度为ρ(单位为kg/m3)，1 m3铜所 含的原子数目是__________，1个铜原子的质量是______。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 考点二　分子永不停息地做无规则运动 6.(2022·福建大同中学高二检测)下面所列举的现象中，不能说明分子是不断运动着的是 A.汽车开过后，公路上尘土飞扬 B.将香水瓶盖打开后能闻到香味 C.洒在地上的水，过一段时间就干了 D.悬浮在水中的花粉做无规则的运动 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 尘土不是单个分子，是由若干分子组成的固体颗粒，所以尘土飞扬不是分子的运动，不能说明分子是不断运动着的，故A正确； 扩散现象和布朗运动都能说明分子在不停地做无规则运动。香水的扩散、水分子在空气中的扩散以及悬浮在水中花粉的运动都说明了分子是不断运动的，故B、C、D错误。 14 7.(多选)(2022·广东珠海市高二月考)把墨汁用水稀释后取出一滴，放在光学显微镜下观察，如图所示，下列说法中正确的是 A.在显微镜下既能看到水分子也能看到悬浮的小炭粒， 且水分子不停地撞击炭粒 B.小炭粒在不停地做无规则运动，这就是所说的布朗 运动 C.越小的炭粒，运动越明显 D.在显微镜下看起来连成一片的液体，实际上就是由许许多多静止不动 的水分子组成的 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ √ 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 水分子在光学显微镜下是观察不到的，故A错误。 布朗运动是指悬浮在液体中颗粒的运动，其剧烈程度与温度和固体颗粒的大小有关，故B、C正确； 水分子不是静止不动的，故D错误。 14 8.(2022·浙江绍兴市高二期中)如图所示，把一块铅和一块金的接触面磨平、磨光后紧紧压在一起，五年后发现金中有铅、铅中有金。对此现象，下列说法正确的是 A.属于扩散现象，原因是金分子和铅分子的相互吸引 B.属于扩散现象，原因是金分子和铅分子的无规则运动 C.属于布朗运动，由于外界压力使小金粒、小铅粒彼此进入对方中 D.属于布朗运动，小金粒进入铅块中，小铅粒进入金块中 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 把接触面磨平，使铅块和金的距离接近，由于分子不停地做无规则的运动，金分子和铅分子进入对方，这是扩散现象，故A错误，B正确； 布朗运动是指悬浮在液体或气体中固体颗粒的运动，故C、D错误。 14 9.(2022·广东湛江市高二期末)PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5微米的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体造成危害。矿物燃料燃烧的排放是形成PM2.5的主要原因。下列关于PM2.5的说法中正确的是 A.PM2.5的尺寸与空气中氧分子尺寸的数量级相当 B.温度越低，PM2.5运动越剧烈 C.PM2.5在空气中的运动属于布朗运动 D.PM2.5中颗粒大一些的，其颗粒的运动比其他颗粒更剧烈 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 PM2.5是指直径小于或等于2.5微米的颗粒物，PM2.5尺寸远大于空气中氧分子的尺寸的数量级，故A错误。 PM2.5受大量空气分子对PM2.5无规则碰撞，温度越高，空气分子对颗粒的撞击越剧烈，则PM2.5的运动越激烈，故B错误。 PM2.5在空气中的运动是固体颗粒的运动，属于布朗运动，故C正确。 PM2.5中颗粒小一些的，空气分子对颗粒的撞击越不均衡，其颗粒的运动比其他颗粒更剧烈，故D错误。 14 10.(2022·河北石家庄市高二月考)某同学用显微镜观察用水稀释的墨汁中小炭粒的运动情况，在两次实验中分别追踪小炭粒a、b的运动，每隔30 s把炭粒的位置记录下来，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来，得到如图所示的两炭粒运动的位置连线图，其中P、Q两点是炭粒a运动的位置连线上的两点，则下列说法中正确的是 A.若水温相同，则炭粒b颗粒较大 B.若两炭粒颗粒大小相同，则炭粒a所处的水中 水温更低 C.两炭粒运动的位置连线图反映了碳分子的运动是无规则运动 D.炭粒a在P、Q两点间的运动一定是直线运动 √ 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 炭粒越大，受到液体分子撞击的力越容易平衡，布朗运动越不显著，故b颗粒较大，A正确； 温度越高，布朗运动越剧烈，a运动更剧烈，故a所处的水温更高，B错误； 两炭粒的运动是无规则的，说明液体分子做无规则运动，C错误； 题图为碳粒每隔30 s的位置，而不是运动轨迹，其连线仅代表位置变化，而其运动并非直线，D错误。 14 11.(2022·江苏宿迁市高二期末)若以μ表示水的摩尔质量，V表示在标准状况下水蒸气的摩尔体积，ρ为在标准状况下水蒸气的密度，NA为阿伏伽德罗常数，m、ΔV分别表示每个水分子的质量和体积，下列四个关系式正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 12.(多选)设某种液体的摩尔质量为μ，分子直径或边长为d，已知阿伏伽德罗常数为NA，下列说法正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ √ 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 13.(多选)(2022·山东临沂市高二期中)已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R，空气平均摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为NA，地面大气压强为p0，重力加速度大小为g。由此可估算得 A.地球大气层空气分子总重力为2πR2p0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 14.(2022·山东日照市高二期中)拒绝烟草，洁身自好，是一个中学生时刻要提醒自己的行为准则。燃烧一支烟产生的气体中含一氧化碳和二氧化碳，假设最终进入空气中的一氧化碳约为84毫克。一个人在一个空间约为30 m3的房间内，吸了一支烟，一氧化碳气体在房间中均匀分布，试估算：(一氧化碳的摩尔质量为28 g/mol，阿伏伽德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1，人正常呼吸一次吸入气体的体积约为300 cm3) (1)房间空气中一氧化碳分子间的平均距离； 尖子生选练 答案　2.6×10－7 m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 一氧化碳分子个数N＝nNA＝1.8×1021个， 每个一氧化碳分子所占空间的体积 分子间的平均距离 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)一个不吸烟者进入此房间，呼吸一次吸入的一氧化碳分子数(结果均保留两位有效数字)。 答案　1.8×1016个 不吸烟者进入此房间呼吸一次吸入的一氧化碳分子数为 n＝＝ mol＝10 mol 所需要的时间t＝ min＝3.0×1022 min≈5.7×1016年。 摩尔质量M即NA个分子质量，故每个分子的质量m＝； 由V＝得：V＝ 由V＝πr3＝πd3得：d＝ 每个气体分子所占空间V0＝ 由V0＝d′3得：d′＝。 A.NA＝ B.NA＝ C.Vmol＝ D.m＝ 摩尔体积表示1 mol分子的总体积，1 mol分子有NA个分子，所以NA＝，故A错误，B正确； 密度为摩尔质量除以摩尔体积，则Vmol＝；分子质量等于摩尔质量除以阿伏伽德罗常数，故C、D正确。 (1)分子质量：m0＝＝。 (2)分子体积：V0＝＝(适用于固体和液体，对于气体，V0表示每个气体分子所占空间的体积)。 (3)物体所含的分子数：N＝NA＝NA。 (4)物体的密度：ρ＝＝。 πr3 A.m＝ B.m＝ C.V0＝ D.V0＝ 分子的质量等于摩尔质量除以阿伏伽德罗常数，则有m＝，A错误，B正确； 油酸分子的体积等于摩尔体积除以阿伏伽德罗常数，则有V0＝＝＝，C、D错误。 在标准状况下，1 mol氢气的体积为22.4 L，则每个氢气分子占据的体积V0＝＝ m3≈3.72×10－26 m3，按正方体模型估算，每 个氢气分子占据体积的棱长L＝＝ m≈3.3×10－9 m，故A正确。 NA m＝ρV，N＝NA×103 解得N＝NA 因为摩尔质量为M，故一个铜原子的质量m0＝。 A.ρ＝ B.NA＝ C.m＝ D.ΔV＝ 由于μ＝ρV，则NA＝＝，变形得m＝，故B正确，C错误； 由于分子之间有空隙，所以NAΔV<V，即ΔV<，水蒸气的密度为ρ＝<，故A、D错误。 A.假设分子为球体，该物质的密度ρ＝ B.假设分子为正方体，该物质的密度ρ＝ C.假设分子为正方体，该物质的密度ρ＝ D.假设分子为球体，该物质的密度ρ＝ 分子为正方体时，1 mol该物质的体积为d3NA，则ρ＝，选项B正确，C错误。 分子为球体时，1 mol该物质的体积为πd3NA，则ρ＝＝，选项D正确，A错误。 B.地球大气层空气分子总数为 C.每个空气分子所占空间为 D.空气分子之间的平均距离为 大气压强由大气的重力产生，即mg＝p0S＝p0·4πR2，则地球大气层空气分子总数为N＝NA＝，A错误，B正确； 大气的体积为V＝4πR2h，每个空气分子所占空间为V0＝＝，故C正确； 气体分子之间的距离为d＝3＝，故D正确。 吸一支烟进入空气中的一氧化碳的物质的量n＝＝ mol＝3×10－3 mol， V0＝ m3， d＝≈2.6×10－7 m N＝×1.8×1021个＝1.8×1016个。 $$