1.1 物质是由大量分子组成的 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（粤教版2019）

DIYIZHANG 第一章 第一节　物质是由大量分子组成的 学习目标 1.认识物质是由大量分子组成的，知道分子大小的数量级。 2.知道阿伏伽德罗常数及其意义。 3.通过油膜法估测分子的大小实验，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用(重点)。 2 内容索引 一、分子的大小　阿伏伽德罗常数 二、实验：用油膜法估测油酸分子的大小 课时对点练 3 一 分子的大小　阿伏伽德罗常数 4 一片叶子在显微镜下放大6倍，可以看到清晰的叶脉；放大100倍，可以看到叶面的表皮细胞和气孔；再不断放大，可以看到叶绿体。物体是由分子、原子构成的，要放大到什么程度才能看到组成叶片的分子？分子究竟有多小？ 答案　用能放大几亿倍的扫描隧道显微镜才能观察到组成叶片的分子，分子直径的数量级通常为0.1 nm，即10－10 m。 1.分子的大小 (1)研究对象：构成物质的______、______、_____统称为分子。 (2)分子大小：多数分子直径的数量级为______ m。 梳理与总结 原子 离子 分子 10－10 2.阿伏伽德罗常数 (1)定义：1 mol的任何物质所含的分子(或原子)数目都_____，这个数目被称为阿伏伽德罗常数。 (2)大小：NA＝__________ mol－1。 (3)意义：阿伏伽德罗常数是联系摩尔质量、摩尔体积等_____物理量与分子质量、分子大小等_____物理量的桥梁。 相同 6.02×1023 宏观 微观 (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)无论是有机物质，还是无机物质，分子大小数量级都是10－10 m。 (　 　) (4)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水中所含的分子数N＝nNA＝6.0×1024个 答案　6.0×1024个　3×1022 min(约5.7×1016年) 二 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 10 1.实验原理 将油酸酒精溶液滴在水面上时，密度较小的油酸会在水面散开，形成极薄的一层油膜，若水面足够大，油膜展开的足够充分，则油酸分子就会一个挨一个地紧密排列在水面上，形成_________油膜，如图所示，只需要测算出一滴溶液中纯油酸的体积V和在水面形成的油膜面积S，根据d ＝ 可算出油膜的厚度，即可估测出油酸分子的直径大小。 单分子层 2.实验器材 一定浓度的油酸酒精溶液、滴管、量筒、痱子粉、纱网(或粉扑)、浅盘、水、带有网格的透明塑料盖板、彩笔等。 3.实验步骤： (1)测量算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V ①配制一定浓度的油酸酒精溶液。 ②如图甲用吸管吸取一定量的油酸酒精溶液，再把它一滴一滴 地滴入量筒中，记下液滴的总滴数、量筒内溶液的体积，利用 _______除以_______，得到1滴油酸酒精溶液的体积。 ③根据溶液体积分数计算1滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积的平均值V。 总体积 总滴数 (2)测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S。 ①如图乙所示，在水平放置的浅盘倒入约2 cm深的水，用纱网(或粉扑)将适量痱子粉_____地撒在水面上。 ②如图丙所示，用滴管将1滴 _____________轻轻滴入水面 中央，油酸立即在水面散开， 形成一块油膜，通过痱子粉可以清楚地看出油膜的轮廓。 ③如图丁所示，待油膜形状稳定后，在浅盘上盖上带有网格线的透明塑料盖板，用彩笔描出___________。 均匀 油酸酒精溶液 油膜的轮廓 ④根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，数出轮廓范围内正方形的个数，不足半个的_____，多于半个的算一个。 ⑤把正方形的个数乘单个正方形的面积就估算出油膜的______。 ⑥洗净浅盘，擦去塑料盖板上的轮廓线，重复实验2～3次，将实验数据填入表格中。 舍去 面积S 4.数据处理 (1)根据表格中记录的数据，利用公式d＝____计算出油酸分子的直径，并取平均值。 (2)除了一些有机物质的大小分子外，多数分子大小的数量级为______ m，该实验借用宏观的体积、面积来估测微观的分子直径。 10－10 5.注意事项 (1)油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免酒精挥发使浓度改变，造成较大的实验误差。 (2)实验前应注意检查浅盘是否清洗干净，痱子粉应均匀撒在水面上。 (3)向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成。 (4)油酸薄膜扩散后由于酒精的挥发又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓。 (5)计算轮廓范围内正方形的个数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个。 1.实验中为什么不直接用纯油酸而是用被稀释过的油酸酒精溶液。 讨论与交流 答案　用酒精对油酸进行稀释有利于获取更小体积的纯油酸，这样更有利于油酸在水面上形成单分子油膜，同时酒精会挥发或溶于水，不影响测量结果。 2.实验中为什么在水面上撒痱子粉？ 答案　撒痱子粉后，便于观察所形成的油膜的轮廓。 　在“用油膜法估测油酸分子直径”的实验中，某同学按如下步骤操作： A.在量筒中滴入一滴已配制好的油酸酒精溶液，测出其体积； B.在装有水、水面撒有适量痱子粉的浅盘中滴入一滴已配制好的溶液， 待薄膜形状稳定； C.将玻璃板放在浅盘上，将油膜形状描绘在玻璃板上； D.将玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸体积和面积 计算出油酸分子的直径。 (1)其中不合理的操作步骤是____； 例2 A (2)实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是____； A.可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓 B.有助于测量一滴油酸的体积 C.对油酸溶液起到稀释作用 D.有助于油酸的颜色更透明便于识别 C 如果油酸不加稀释，形成的油膜面积很大，不便于测量，油酸可以溶于酒精，因此酒精溶液的作用是对油酸溶液起到稀释作用，A、B、D错误，C正确。 (3)已知油酸酒精溶液中油酸体积所占比例为k，n滴油酸溶液体积为V， 一滴油酸酒精溶液形成油膜的面积为S，则油酸分子的直径为______。 (2022·东莞市高二期中)(1)在“用单分子油膜法估测分子的大小”实验中，下列说法正确的是____。 A.实验中使用油酸酒精溶液，酒精作用是能使油酸和痱子粉之间形成清 晰的边界轮廓 B.本实验不考虑油酸分子间的间隙 C.将油酸酒精溶液滴入水中后应立即迅速描绘油膜轮廓 D.为减小实验误差，应往均匀撒好痱子粉的水盘中多滴几滴油酸酒精溶液 例3 B 实验中使用到酒精溶液，其中酒精的作用是对油酸溶液起稀释作用，尽可能地减少滴入水面的油酸的含量，有利于油酸在水面上形成单分子油膜，故A错误； 油膜是呈单分子分布的，实验中把油酸分子看成球形，分子间没有空隙，故B正确； 溶液滴入水中后，应让油膜尽可能散开，形成单分子油膜，再把油膜的轮廓画在玻璃板上，然后用坐标纸估算油膜的面积，故C错误； 多滴几滴油酸酒精溶液，不便于展成单分子油膜，故D错误。 (2)在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每2 000 mL溶液中有纯油酸1 mL。用注射器测得1 mL上述溶液有200滴，把1滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油酸膜的近似轮廓如图所示，图中正方形小方格的边长为1 cm，则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是___________ mL，油酸膜的面积是____ cm2。据上述数据，估测出油酸分子的直径是_________ m(此计算结果保留1位有效数字)。 2.5×10－6 42 6×10－10 每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为 由于每格边长为1 cm，则每一格的面积为1 cm2， 估算油酸膜的面积以超过半格以一格计算，不足 半格的舍去，估算出42格，则油酸膜的面积为42 cm2； 由于是单分子紧密排列的，因此油酸分子的直径为 (3)某同学计算出的油酸分子直径明显偏小，可能的原因是____。 A.油酸中含有大量酒精 B.痱子粉撒太多，油膜未能充分展开 C.计算油膜面积时，将所有不完整的方格都作为一格保留 D.计算每滴溶液中纯油酸的体积时，1 mL油酸酒精溶液的滴数少记了10滴 C 油酸中含有大量酒精不会造成影响，因为最终酒精会挥发或溶于水，故A错误； 痱子粉撒太多，油膜未能充分展开，导致面积偏小，则所测分子直径偏大，故B错误； 估算油膜面积时，将所有不完整的方格都作为一格保留，导致面积偏大，则所测分子直径偏小，故C正确； 计算每滴溶液中纯油酸的体积时，1 mL油酸酒精溶液的滴数少记了10滴，导致每滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积偏大，则所测分子直径偏大，故D错误。 三 课时对点练 考点一　分子的大小　阿伏伽德罗常数 1.(2023·江苏徐州市高二期中)快递公司用充气的塑料袋包裹物品，一个塑料袋内气体在标准状况下体积560 mL，已知气体在标准状态下的摩尔体积V0＝22.4 L/mol，阿伏伽德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1，则塑料袋内气体分子数为 A.1.5×1021 个 B.1.5×1022 个 C.1.5×1023 个 D.1.5×1024 个 1 2 3 4 5 6 7 8 基础对点练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 考点二　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 2.(多选)(2022·吉林长春市高二月考)“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的科学依据是 A.将油酸形成的膜看成单分子油膜 B.不考虑各油酸分子间的间隙 C.将油酸分子看成球形 D.油酸分子直径的数量级为10－15 m 1 2 3 4 5 6 7 8 √ √ √ 实验中油酸的直径是用油酸的体积除以油膜的面积来计算，所以实验的科学依据是将油膜看成单分子油膜，不考虑油酸分子间的间隙，并把油酸分子看成球形，油酸分子直径的数量级为10－10 m，所以A、B、C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 3.(2022·北京市高二期末)关于“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验，下列操作正确的是 A.将纯油酸直接滴在水面上 B.水面上撒的痱子粉越多越好 C.用试管向水面倒油酸酒精溶液少许 D.待水面稳定后再将痱子粉均匀撒在水面上 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 油酸应先稀释成油酸酒精溶液，然后滴一滴溶液在浅盘里，目的是形成单分子油膜，A、C错误； 水面撒的痱子粉适量就好，痱子粉太多不利于形成单分子层油膜，B错误； 待水面稳定后再将痱子粉均匀撒在水面上，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 4.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，配制的油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL含有油酸0.6 mL。现用滴管向量筒内滴加75滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1 mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大的盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图所示。若每一小方格的边长为 1 cm，则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体 积是_________ m3。根据上述数据，估测出油酸 分子的直径为__________ m。(以上所有计算结果 保留两位有效数字) 1 2 3 4 5 6 7 8 8×10－12 5.9×10－10 1 2 3 4 5 6 7 8 由题图可知，油膜的面积为S＝135×1×1 cm2＝135 cm2， 5.(2019·全国卷Ⅲ)用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是______________________ __________________________。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以__________________________________ ______________________________________________________________。为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是___________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 使油酸在浅盘的水面上 容易形成一块单分子层油膜 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量 筒中，测出1 mL油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积 单分子层油膜的面积 由于分子直径非常小，极少量油酸所形成的单分子层油膜面积也会很大，因此实验前需要将油酸稀释，使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜。可以用累积法测量多滴溶液的体积后计算得到一滴溶液中纯油酸的体积。油酸分子直径等于一滴溶液中纯油酸的体积与形成的单分子层油膜的面积之比，即d＝ ，故除测得一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积外，还需要测量单分子层油膜的面积。 1 2 3 4 5 6 7 8 6.(2022·广州市高二期末改编)在估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下： ①取油酸注入瓶内，然后向瓶中加入酒精。摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液，其浓度为c； ②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入体积为V的溶液共n滴； ③在浅水盘内注入水，将细石膏粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有石膏粉，可以清楚地看出油膜轮廓； 1 2 3 4 5 6 7 8 能力综合练 ④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油酸膜的形状，经计算得油膜面积为S。 (1)利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸的酒精溶液含油酸体积 为_____，求得的油酸分子直径为____。 1 2 3 4 5 6 7 8 油酸酒精溶液的浓度为c，记录滴入体积为V的溶液共n滴，可知一滴油酸酒精溶液含油酸体积为 1 2 3 4 5 6 7 8 在玻璃板上绘出油酸膜的形状，油膜面积为S，可知油膜的厚度为 (2)若阿伏伽德罗常数为NA，油酸的摩尔质量为M。油酸的密度为ρ。则 1 m3油酸所含分子数是_____。 1 2 3 4 5 6 7 8 7.(2022·广州市高二期末改编)某实验小组在做“油膜法估测分子大小”的实验时，测算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积后，完成相关实验操作。试问： (1)该小组进行下列实验操作，请将它们按操作先后排序：_______(用字母符号表示)。 A. 用彩笔描绘出油膜轮廓 B. 将1滴油酸酒精溶液滴入水面 C. 痱子粉轻撒在水面上 D. 抽取油酸酒精溶液 1 2 3 4 5 6 7 8 CDBA 1 2 3 4 5 6 7 8 “油膜法估测分子大小”实验中先把痱子粉均匀撒到水面上，再用注射器取一定的溶液，然后滴到水中，再盖上玻璃盖，用笔在玻璃上描出油酸的轮廓，把坐标纸铺在玻璃上，故顺序为CDBA； (2)某同学在做该实验时，计算结果明显偏大，其原因可能是_____； A.计算油膜面积时所有不足一格的方格全部按满格计数 B.用注射器测得1 mL溶液有N滴时数成了(N－1)滴 C.痱子粉末太薄使油酸边界不清，导致油膜面积测量值偏大 D.未等痱子粉末完全散开，就在玻璃片上描绘了油膜轮廓 1 2 3 4 5 6 7 8 BD 1 2 3 4 5 6 7 8 油膜面积测量值偏大，由上式可知d的测量值偏小，故C错误； 未等痱子粉末完全散开，就在玻璃片上描绘了油膜轮廓，测得的面积偏小，所以计算结果偏大，故D正确。 8.(2022·珠海市高二期中)在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，实验步骤如下： A.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在 浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描在玻璃板上。 B.用公式d＝ 求出薄膜厚度，即油酸分子的大小。 C.已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为c，将此油酸酒精溶液一滴 滴地滴入小量筒中，当滴入N滴溶液时小量筒内溶液体积为V。 D.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数x(不足半个的 舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长为a，求出油膜的面积。 E.用浅盘装入约2 cm深的水。 1 2 3 4 5 6 7 8 (1)将上述实验步骤进行排序，正确的顺序应该是________(写步骤前的序号)；上述步骤中有一处遗漏和不完整，请指出并补充完整____________ ________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 CEADB 在水面上均 匀地撒上痱子粉 应该先配制溶液→准备浅盘→将溶液滴到水面上→描出轮廓→求出体积→根据公式算出分子直径，因此顺序为：CEADB。步骤A中应在浅盘的水面上均匀地撒上痱子粉，以便描出油酸的轮廓。 (2)实验中要让油酸在水面尽可能散开，形成单分子油膜，并将油膜分子看成球形且紧密排列。本实验体现的物理思想方法为____。 A.控制变量法 B.理想化模型法 C.极限思想法 D.等效替代法 1 2 3 4 5 6 7 8 B 将油酸分子看成球形，在水面上形成单分子油膜。本实验体现的物理思想方法为理想化模型法。故选B。 (3)从图中可数出小正方形的有效个数x＝___。油酸 分子的直径d＝_______(用题中给出的符号表示)。 1 2 3 4 5 6 7 8 8 180 g水的物质的量n＝＝ mol＝10 mol t＝ min＝3.0×1022 min≈5.7×1016年。 测一滴油酸酒精溶液的体积方法为：在量筒中滴入N滴溶液，测出其体积为V，则一滴该溶液的体积为V1＝，A不合理。 一滴油酸酒精溶液中纯油酸体积为V0＝k，一滴油酸酒精溶液形成油膜面积为S，那么油酸分子直径为d＝＝。 V＝× mL＝2.5×10－6 mL d＝＝×10－2 m≈6×10－10 m 由题意可知，塑料袋内气体的物质的量为n＝＝ mol＝0.025 mol，包含分子数为N＝nNA＝0.025×6.02×1023 个＝1.5×1022 个，故选B。 每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为V＝×10－6× m3＝8×10－12 m3 所以，估测出油酸分子的直径为d＝＝ m＝5.9×10－10 m。 V0＝ d＝＝ 把油酸膜看成单分子油膜，则油酸分子直径为。   油酸的摩尔体积为V1＝ 则1 m3油酸所含分子数n＝NA＝。 计算油膜面积时所有不足一格的方格全部按满格计数，根据d＝，计算出的结果偏小，故A错误； 用注射器测得1 mL溶液有N滴时数成了N－1滴，每滴溶液的体积计算结果偏大，根据d＝，可得直径计算结果偏大，故B正确；   超过半个的算一个，小于半个的不算，总共为8个。纯油酸的总体积为cV，每一滴中所含纯油酸的体积为V0＝，每个小格的面积为a2，共有x个小格，因此油膜的总面积S＝a2x，油酸分子直径为d＝＝。 $$