1.1 物质是由大量分子组成的（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（粤教版2019）

第一节　物质是由大量分子组成的 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道物质是由大量分子组成的． 2．知道阿伏伽德罗常数的物理意义、单位和数值． 3．实验估算油酸分子大小． 1.物理观念：物质是由大量分子组成的． 2．科学思维：知道用单分子油膜方法估算分子的直径的原理． 3．科学探究：培养学生在物理学中的估算能力． 4．科学态度与责任：体会通过测量宏观量来研究微观量的思想方法． [对应学生用书P1] (一)分子大小：不同物质分子直径大小不同，通常是10－10_m的数量级． (二)油膜法测分子直径 1．实验目的：用油膜法估测分子的大小． 2．实验原理 把一定体积的油酸酒精溶液滴在水面上使其形成单分子油膜，如图所示，不考虑分子间的间隙，把油酸分子看成球形模型，计算出1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V并测出油膜面积S，求出油膜的厚度d，即d＝就是油酸分子的直径． 3．实验步骤 (1)在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀撒在水面上． (2)取1 mL(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成200 mL的油酸酒精溶液，则油酸酒精溶液中油酸的浓度为. (3)用注射器往量筒中滴入1 mL配制好的油酸酒精溶液(浓度已知)，记下滴入的滴数N，算出一滴油酸酒精溶液的体积V0＝ mL. (4)将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上． (5)待油酸薄膜形状稳定后，将带有方格的玻璃板放在浅盘上，用彩笔画出油酸薄膜的形状． (6)算出油酸薄膜的面积S，即玻璃板上有边长为1 cm的方格的个数，通过数方格个数，算出油酸薄膜的面积S.计算方格数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个． (7)根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V＝×10－8m3. (8)由公式d＝算出油酸薄膜的厚度d，即为油酸分子直径的大小． 4．数据处理 计算方法： (1)一滴油酸酒精溶液的平均体积 ＝. (2)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V＝×油酸酒精溶液的体积比(体积比＝). (3)油膜的面积S＝n×1 cm2(n为有效格数，小方格的边长为1 cm). (4)分子直径d＝(代入数据时注意统一单位). 5．注意事项 (1)实验前，必须把所有的实验用具擦洗干净，实验时吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大误差，影响实验结果． (2)油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免改变浓度，造成较大的实验误差． (3)待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓，扩散后又收缩有两个原因：一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩． (4)浅盘中的水应保持水平，痱子粉应均匀撒在水面上． (5)本实验只要求估算分子大小，实验结果的数量级符合要求即可． (6)痱子粉不宜撒得过厚． (7)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． 6．误差分析(本实验误差通常来自四个方面) (1)油酸酒精溶液的实际浓度与理论值间存在偏差； (2)不能形成单分子油膜； (3)油滴的体积的测量产生误差； (4)计算油膜的面积有误差(每个方格面积越小，误差越小). 1．定义：1 mol的任何物质都含有相同的粒子数，用NA表示． 2．数值：通常取NA＝6.02×1023_mol－1，在粗略计算中可取NA＝6.0×1023 mol－1. [对应学生用书P2] 探究点一　油膜法测分子大小 “用油膜法估测油酸分子的大小”实验的简要步骤 如下： A．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(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油膜的面积S. B．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，将玻璃放在浅盘上，用彩笔将薄膜的轮廓描绘在玻璃板上． C．用浅盘装入约2 cm深的水． D．用公式d＝，求出薄膜的厚度，即油酸分子的直径． E．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V. 上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完整之处，请指出： (1)________________________________________________________________________. (2)________________________________________________________________________. 上述实验步骤的合理顺序是________________． 解析　在将溶液滴入水面之前，应在水面上均匀撒上一层痱子粉或细石膏粉，这样可以清楚地看出油膜的轮廓，在实验过程中，还必须量出一滴油酸溶液的体积． 答案　(1)C步骤中，缺少在水面上撒痱子粉　(2)遗漏的步骤：F.用注射器或滴管将溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒增加一定体积时的滴数CFBAED或FCBAED 油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL.用滴管向量筒内滴50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1 mL.若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示． (1)若每一小方格的边长为30 mm，则油酸薄膜的面积为多少平方米？ (2)每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为多少立方米？ (3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径为多少米． 解析　(1)数出在油膜范围内的格数(面积大于半个方格的算一个，不足半个的舍去)为85个，油膜面积约为S＝85×(3.0×10－2)2m2＝7.65×10－2m2. (2)因50滴油酸酒精溶液的体积为1 mL，且溶液含纯油酸的浓度为ρ＝0.06%，故每滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为V0＝＝×1×10－6m3＝1.2×10－11m3. (3)把油酸薄膜的厚度视为油酸分子的直径，可估算出油酸分子的直径为d＝＝m≈1.57×10－10m. 答案　(1)7.65×10－2m2　(2)1.2×10－11m3　 (3)1.57×10－10m [训练1]　在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤： ①往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上． ②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定． ③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小． ④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积． ⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上． 完成下列填空： 上述步骤中，正确的顺序是________．(填写步骤前面的数字) 解析　实验操作开始之前要先配制油酸酒精溶液，确定每一滴溶液中含有纯油酸的体积，实验操作时要在浅盘放水、痱子粉，为油膜形成创造条件，然后是滴入油酸、测量油膜面积，计算油膜厚度(即油酸分子直径)，所以接下来的步骤是①②⑤③. 答案　④①②⑤③或①④②⑤③ [训练2]　在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.1 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有200滴，把一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，油膜的面积是________cm2.根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________m. 解析　每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V＝×mL＝5×10－7mL，油膜的面积S＝40×1 cm2＝40 cm2，分子直径d＝＝m＝1.25×10－10m. 答案　5×10－7　40　1.25×10－10 探究点二　阿伏伽德罗常数的理解 观察模型，回答下面问题． (1)固体、液体怎样建立分子模型？ (2)气体怎样建立分子模型？ 提示　(1)固体、液体分子可以看作球形，分子体积V0＝πr3，分子直径d＝2r，则d＝ . (2)气体分子占据的空间可以看作正方体，每个分子占据的体积为V0，则分子之间平均距离d＝. 阿伏伽德罗常数的应用 (1)分子的质量：m0＝(MA表示摩尔质量)(适用于固体、液体和气体). (2)分子的体积：V0＝＝(适用于固体和液体，VA表示摩尔体积). (3)单位质量中所含有的分子数：n＝. (4)单位体积中所含有的分子数：n＝＝. (5)气体分子间的平均距离：d＝＝(V0为气体分子所占据空间的体积). (6)固体、液体分子直径：d＝ ＝ . 水的摩尔质量是18 g·mol－1，水的密度是ρ＝1.0×103 kg/m3，阿伏伽德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1，求： (1)水分子的质量； (2)100 g水中所含的水分子数．(取两位有效数字). 解析　(1)由题意知，水的摩尔质量M＝18 g/mol，阿伏伽德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1 所以一个水分子的质量 m＝＝ kg≈3.0×10－26 kg. (2)100 g水所含的水分子数为 n＝·NA＝×6.02×1023≈3.3×1024(个). 答案　(1)3.0×10－26 kg　(2)3.3×1024个 [训练3]　已知水银的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏伽德罗常数为NA，则水银分子的直径是(　　) A．　　　　　　　 B． C． D． A　[1 mol水银的体积V＝，1个水银分子的体积V0＝＝，若把水银分子看成球体，则V0＝πd3，所以d＝.若把水银分子看成立方体，则V0＝d3，所以d＝，故正确答案为A.] [训练4]　已知金刚石的密度为ρ＝3.5×103 kg/m3，现有一小块体积为4.0×10－8 m3的金刚石，它含有多少个碳原子？假如金刚石中的碳原子是紧密地挨在一起，试估算碳原子的直径．(保留两位有效数字). 解析　这块金刚石的质量 m＝ρV＝3.5×103×4.0×10－8 kg＝1.4×10－4 kg 这块金刚石所含的碳原子数 n＝NA＝×6.02×1023个≈7.0×1021个 一个碳原子的体积为 V0＝＝ m3≈5.7×10－30 m3 分子直径大约为 d＝ ＝ m≈2.2×10－10 m． 答案　7.0×1021个　2.2×10－10 m [对应学生用书P5] 1．(油膜法测分子大小)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，用“数格子”的方法是为了估算(　　) A．一滴油酸的体积　　　　　　 B．油膜的面积 C．一个油酸分子的体积 D．一个油酸分子的面积 B　[用“数格子”的方法是为了估算一滴油酸酒精溶液中的油酸形成的油膜的面积，B项正确．] 2．(分子和阿伏伽德罗常数)(多选)对于液体和固体来说，如果用Mmol表示摩尔质量，m表示分子质量，ρ表示物质密度，Vmol表示摩尔体积，V分子表示分子体积，NA表示阿伏伽德罗常数，下列各式中能正确反映这些量之间关系的是(　　) A．NA＝ B．NA＝ C．Vmol＝ρMmol D．Vmol＝ AD　[对液体和固体来说，NA＝，NA＝，A项正确，B项错误；摩尔体积Vmol＝，故C项错误，D项正确．] 3．(阿伏伽德罗常数)平静呼吸时，一般成年人每次吸入和呼出的气体体积相等，约为500 mL，若呼出的气体在标准状态下的体积V＝500 mL，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＝6×1023mol－1，求成年人每次呼出的气体的分子个数．(结果保留三位有效数字). 解析　每次呼出气体的物质的量：n＝ 每次呼出气体分子的个数：N＝nNA 代入数据解得：N≈1.34×1022个． 答案　1.34×1022个 4．(油膜法测分子大小)某实验小组用油膜法估测油酸分子的大小，实验中所用的油酸酒精溶液的体积分数为0.1%，1 mL上述溶液有50滴，实验中用滴管吸取该油酸酒精溶液向撒有痱子粉的水面中央滴入一滴． (1)该实验中的理想化假设是________． A．将油膜看作单分子层薄膜 B．不考虑油酸分子间的间隙 C．不考虑油酸分子间的相互作用力 D．将油酸分子看成球形 (2)实验中描出油酸薄膜轮廓如图所示，已知每一个正方形小方格的边长为2 cm，则该油酸薄膜的面积为________m2.(结果保留一位有效数字). (3)经计算，油酸分子的直径为________m．(结果保留一位有效数字). 解析　(1)用油膜法估测分子的直径，不考虑分子间的间隙，将油膜看成单分子层薄膜，将油酸分子看成球形．故选A、B、D. (2)由于每个小方格的边长为2 cm，则每一个小方格的面积就是4 cm2，估算油膜面积时超过半格的按一格计算，小于半格的舍去，由题图所示，可估算出油酸薄膜占75格，则油酸薄膜面积S＝75×4 cm2＝300 cm2＝3×10－2 m2. (3)1滴油酸酒精溶液纯油酸体积V＝×0.1% L，由V＝Sd得d＝7×10－10 m. 答案　(1)ABD　(2)3×10－2　(3)7×10－10 5．(油膜法测分子大小)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中， (1)某同学操作步骤如下： ①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液； ②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积； ③在蒸发皿内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定； ④在蒸发皿上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸计算油膜的面积． 改正其中的错误：____________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为4.8×10－3 mL，其形成的油膜面积为40 cm2，则估测出油酸分子的直径为________m. 解析　(1)②由于一滴溶液的体积太小，直接测量时相对误差太大，应用微小量累积法减小测量误差． ③液面上不撒痱子粉时，滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油膜不能形成一块完整的油膜，油膜间的缝隙会造成测量误差增大甚至实验失败． (2)由油膜的体积等于一滴油酸酒精溶液内纯油酸的体积可得： d＝＝m＝1.2×10－9 m． 答案　(1)②在量筒中滴入N滴溶液　③在水面上先撒上痱子粉　(2)1.2×10－9 学科网（北京）股份有限公司 $$