第1章 1. 物体是由大量分子组成的-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案word（教科版2019）

1．物体是由大量分子组成的 [核心素养定位]　1.知道物体是由大量分子组成的。2.知道分子大小的数量级为10－10 m。3.知道阿伏伽德罗常量及其意义，会用这个常量进行有关的计算和估算。4.知道分子之间存在间隙。 一　分子的大小 1．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。 2．在热学范围内，由于分子、原子或离子遵循相同的热运动规律，因此在讨论热运动时，把分子、原子或离子统称为分子。 3．组成物质的分子是很小的，用肉眼和普通的光学显微镜、电子显微镜都难以观察到，须利用扫描隧道显微镜观察分子。 4．利用不同方法测出的分子大小有差异，但是分子直径的数量级是一致的。除一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10－10 m。 二　阿伏伽德罗常量 1．定义：1 mol的任何物质都含有相同的粒子数NA，这个数量叫作阿伏伽德罗常量。 2．数值：通常计算取NA＝6.02×1023/mol。 3．意义：在热学研究中，阿伏伽德罗常量把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量跟分子质量、分子大小等微观物理量联系起来，成为连接微观量和宏观量的纽带。 三　分子之间存在间隙 1．水和酒精混合后的总体积减小了，说明液体分子间是有间隙的。 2．气体很容易被压缩，表明气体分子之间存在很大的间隙。 3．给装在钢筒中的油施加很大的压强，将有油从钢筒壁上渗出，这说明固体分子之间也是有间隙的。 判一判 (1)物体由大量分子组成，大多数分子直径大小的数量级为10－9 m。(　　) (2)分子并不是球形，但可以当作球形处理，这是一种估算方法。(　　) (3)1 mol氧气和1 mol水所含的粒子数相等。(　　) (4)知道氧气的摩尔质量和阿伏伽德罗常量，可以算出一个氧气分子的质量。(　　) (5)固体分子间没有间隙。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)× 探究　分子的大小及模型 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：化学课中我们学过，分子是组成物质并保持物质化学性质的最小微粒。有些分子只包含一个原子，有些分子包含多个原子。热学中的分子与化学上的分子相同吗？热学中是如何规定的？ 提示：不相同。在热学范围内，由于分子、原子或离子遵循相同的热运动规律，因此在讨论热运动时，往往不再区分分子、原子或离子，而把它们统称为分子。 活动2：如图甲所示，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，这说明了分子的什么特点？ 提示：分子的体积很小。 活动3：如图乙所示是用放大几亿倍的扫描隧道显微镜拍摄的砷化镓表面砷原子的排列的照片(照片的实际尺寸为图乙中的10倍)，给你一把刻度尺，请你根据图乙估测出砷原子直径的数量级。 提示：砷原子直径的数量级为10－10 m。 活动4：如图丙，水和酒精混合后体积变小了，这说明液体分子的分布有什么特点？给装在钢筒中的油施加很大的压强，将有油从钢筒壁上渗出，这说明固体分子的分布有什么特点？ 提示：液体分子间是有间隙的；固体分子之间也是有间隙的。 活动5：水蒸发变成水蒸气后，体积扩大约1000倍，这说明气体分子的分布有什么特点？ 提示：气体分子之间存在很大的间隙。 1．热学中的分子不同于化学上讲的分子，而是组成物质的分子、原子、离子等微粒的统称，这些微粒在热运动时遵循相同的规律。 2．分子的两种模型 物质分别处于固态、液态、气态时，分子的分布如图(图中小球表示分子，实际大多数分子的形状不是球形)。通常将物质中分子的分布简化成两种模型： (1)球体模型：对于固体和液体，通常把分子视为紧密排列的球形分子，如图甲所示。 注：分子间存在间隙，分子内部结构也非常复杂，我们在估算分子大小时，把固体和液体的分子看作是一个挨着一个紧密排列的小球，这是一种理想化的处理方法，目的是使研究问题更加方便，所得的结果也只有数量级意义。 (2)立方体模型：对于气体，分子之间不是紧密排列的，一般气体分子所占据的空间体积约为气体分子体积的上千倍。所以一般情况下我们把气体分子所占据的空间视为立方体，如图乙所示。 3．分子的大小 (1)分子直径的数量级为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。 例1　关于分子，下列说法中正确的是(　　) A．分子的形状要么是球体，要么是立方体 B．所有分子的直径都相同 C．不同分子的直径一般不同，但数量级基本一致 D．密度大的物质，分子质量一定大 (1)分子大小的数量级是多少？ 提示：除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10－10 m。 (2)通常情况下，对固体分子构建什么模型？ 提示：球体模型。 [规范解答]　分子的结构非常复杂，它的形状并不真的都是球体或立方体，分子的直径不可能都相同，但大多数分子直径的数量级是一致的，C正确，A、B错误；密度大指相同体积质量大，但分子个数不确定，无法比较分子质量大小，D错误。 [答案]　C 　纳米材料具有广泛的应用前景，在材料科学中，纳米技术的应用使材料科学日新月异，在1 nm的长度上可以排列的分子(其直径约为10－10 m)个数最接近多少个？ 答案　10个 解析　1 nm＝10－9 m，即1 nm＝10×10－10 m，所以排列的分子个数接近10个。 探究　阿伏伽德罗常量及其应用 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：如图所示为某购物网站出售的某地的新鲜空气。呼吸时，我们每口气呼出约2.7×1022个分子；1 cm3水中含有约3.3×1022个水分子，假如把这些水分子一个挨一个排列成一条直线，这条直线将达100亿千米。这说明什么？ 提示：分子很小，所以组成物质的分子数非常大。 活动2：为了解决活动1中的问题，科学家采用了一个特殊的物质的量的单位，称为摩尔(mol)。1 mol的任何物质都含有相同的粒子数NA，这个数量叫作阿伏伽德罗常量。你知道通常计算中NA的取值是多少吗？ 提示：通常计算取NA＝6.02×1023/mol。 活动3：水的摩尔体积是1.8×10－5 m3/mol。假设水分子是一个挨着一个排列的，阿伏伽德罗常量按活动2中取值，试计算每个水分子的体积约为多少？ 提示：每个水分子的体积为V0＝。已知1 mol水有6.02×1023个水分子，其体积是1.8×10－5 m3，可求得一个水分子的体积：V0＝＝＝3.0×10－29 m3。 活动4：如果已知气体的摩尔体积Vmol和阿伏伽德罗常量，要求一个气体分子的体积，也可以用活动3中的方法计算吗？ 提示：不能。对于气体分子而言，分子间距比较大，可以达到分子直径的十倍以上，因而摩尔体积与阿伏伽德罗常量的比值，即V0＝并不是气体分子的体积，而是代表一个气体分子所占的空间。 1．阿伏伽德罗常量NA 阿伏伽德罗常量是宏观世界和微观世界之间的一座桥梁。它把摩尔质量Mmol、摩尔体积Vmol、物质的质量m、物质的体积V、物质的密度ρ等宏观量，跟单个分子的质量m0、固体和液体单个分子的体积或气体单个分子所占空间的体积V0等微观量联系起来。如图所示。 其中密度ρ＝＝，但是切记ρ＝是没有物理意义的。 2．微观量的计算 (1)分子质量：m0＝＝。 (2)固体和液体分子的体积或气体分子平均占有空间的体积：V0＝＝。 (3)固体或液体分子的直径(球体模型)：d＝。 (4)气体分子间的平均距离(立方体模型)：L＝。 3．物体所含分子数的计算 N＝NA＝NA＝NA＝NA。 例2　空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥。某空调工作一段时间后，排出液化水的体积V＝1.0×103 cm3。已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3、摩尔质量M＝1.8×10－2 kg/mol，阿伏伽德罗常量NA＝6.0×1023/mol。试求：(结果均保留一位有效数字) (1)该液化水的质量； (2)该液化水中含有水分子的总数N； (3)一个水分子的直径d。 (1)求该液化水中含有水分子的总数，要先求什么？ 提示：该液化水物质的量。 (2)求一个水分子的直径，要构建什么模型？ 提示：球体模型。 [规范解答]　(1)该液化水的质量m＝ρV 代入数据解得m＝1 kg。 (2)该液化水物质的量为n＝ 水分子数为N＝nNA 联立并代入数据解得N＝3×1025个。 (3)每个水分子的体积为V0＝πd3 又V0＝ 联立并代入数据解得水分子的直径d＝4×10－10 m。 [答案]　(1)1 kg　(2)3×1025个　(3)4×10－10 m 　目前，环境污染已非常严重，瓶装纯净水已经占领柜台。再严重下去，瓶装纯净空气可能也会上市。设瓶子的容积为500 mL，空气的摩尔质量M＝2.9×10－2 kg/mol，瓶中空气按标准状况计算，空气的摩尔体积V＝22.4 L/mol。NA＝6.02×1023/mol，试估算：(计算结果保留两位有效数字) (1)空气分子的平均质量； (2)一瓶纯净空气的质量； (3)一瓶纯净空气中约含空气分子的个数。 答案　(1)4.8×10－26 kg　(2)6.5×10－4 kg (3)1.3×1022个 解析　(1)空气分子的平均质量m0＝ 代入数据解得m0＝4.8×10－26 kg。 (2)设瓶子的容积为V瓶，一瓶纯净空气的物质的量为n＝ 则一瓶纯净空气的质量m＝nM 联立并代入数据解得m＝6.5×10－4 kg。 (3)一瓶纯净空气中约含空气分子的个数N＝nNA 联立并代入数据解得N＝1.3×1022个。 1．(分子的大小及模型)(多选)关于分子，下列说法中正确的是(　　) A．分子看作球是对分子的简化模型，实际上，分子的形状并不真的都是小球 B．用高倍的光学显微镜能观察到分子 C．一般分子直径的数量级为10－10 m D．只有气体分子之间才有间隙 答案　AC 解析　分子的结构非常复杂，它的形状并不真的都是小球，A正确；分子的直径非常小，用高倍的光学显微镜不能观察到分子，B错误；不同分子的大小不同，但数量级是一致的，一般为10－10 m，C正确；无论固体、液体还是气体，分子之间都有间隙，D错误。 2．(阿伏伽德罗常量及其应用)(多选)已知某气体的摩尔体积为22.4 L/mol，摩尔质量为18 g/mol，阿伏伽德罗常量为6.02×1023/mol，由以上数据可以估算出这种气体(　　) A．每个分子的质量 B．每个分子的体积 C．每个分子占据的空间 D．分子之间的平均距离 答案　ACD 解析　实际上气体分子之间的距离比分子本身的直径大得多，即气体分子之间有很大空隙，故不能根据V0＝计算气体分子的体积，这样算得的应是该气体每个分子所占据的空间，故B错误，C正确；可认为每个分子平均占据了一个小立方体空间，即为相邻分子之间的平均距离，故D正确；每个分子的质量可由m0＝计算，故A正确。 3．(阿伏伽德罗常量及其应用)(多选)设某固体物质的摩尔质量为M，密度为ρ，此种物质样品的质量为m，体积为V，分子总数为N，阿伏伽德罗常量为NA，则下列表示一个分子的质量的表达式中正确的是(　　) A. B. C. D. 答案　BC 解析　1 mol该物质的质量为M，且含有NA个分子，所以一个分子的质量为，B正确。又因为质量为m的样品的分子总数为N，则一个分子的质量又可以表示为，C正确，A、D错误。 4．(阿伏伽德罗常量及其应用)(多选)科学家创造出一种利用细菌将太阳能转化为液体燃料的“人造树叶”系统，使太阳能取代石油成为可能。假设该“人造树叶”工作一段时间后，能将10－6 g的水分解为氢气和氧气。已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，摩尔质量M＝1.8×10－2 kg/mol，阿伏伽德罗常量NA＝6.0×1023/mol。则(　　) A．被分解的水中含有水分子的总数约为3×1014个 B．被分解的水中含有水分子的总数约为3×1016个 C．一个水分子的体积为3×10－29 m3 D．一个水分子的体积为3×10－27 m3 答案　BC 解析　被分解的水中含有水分子的总数N＝＝≈3×1016个，故A错误，B正确；水的摩尔体积V0＝，则一个水分子的体积V＝＝＝3×10－29 m3，故C正确，D错误。 5．(阿伏伽德罗常量及其应用)已知铜的摩尔质量M＝6.4×10－2 kg/mol，铜的密度ρ＝8.9×103 kg/m3，阿伏伽德罗常量NA＝6.0×1023/mol。试估算：(计算结果均保留两位有效数字) (1)一个铜原子的质量； (2)若每个铜原子可提供两个自由电子，则3.0×10－5 m3的铜导体中有多少个自由电子？ 答案　(1)1.1×10－25 kg　(2)5.0×1024个 解析　(1)一个铜原子的质量 m＝＝ kg＝1.1×10－25 kg。 (2)铜导体的物质的量 n＝＝ mol＝4.2 mol， 铜导体中含有的自由电子数N＝2nNA＝5.0×1024(个)。 6．(阿伏伽德罗常量及其应用)已知常温常压下CO2气体的密度为ρ，CO2的摩尔质量为M，阿伏伽德罗常量为NA，该状态下容器内存有体积为V的CO2气体；而在3 km的深海中，CO2会浓缩成近似固体的硬胶体，此时可将CO2分子看作直径为d的球。求： (1)常温常压下该容器内CO2气体含有的分子数； (2)该容器内CO2气体全部变成硬胶体后的体积。 答案　(1)　(2) 解析　(1)常温常压下体积为V的CO2气体质量为m＝ρV 则分子数为N＝NA 联立可得N＝。 (2)CO2浓缩成近似固体的硬胶体，分子个数不变，则该容器内CO2气体全部变成硬胶体的体积约为V′＝N·πd3 联立可得V′＝。 10 学科网（北京）股份有限公司 $$