粤教版 (2019)第一节 物质是由大量分子组成的导学案及答案
展开2.会用油膜法估测油酸分子的大小,能用阿伏伽德罗常量进行相关的计算,提高解题能力.
3.通过用油膜法估测油酸分子大小的科学探究,学会与他人合作交流,并能分享实验结果,体会科学方法对研究微观世界的重要性.
知识点一 分子的大小
1.分子的大小:一般分子大小的数量级为__________.
2.油膜法实验
(1)人们巧妙地设计了__________实验来粗略测量分子的大小.
(2)利用油酸分子在水中会__________,形成__________油膜.
(3)本实验借用宏观的体积、面积来估测微观的__________,这是一种借宏观量来研究微观量的方法.
油酸分子很小,在实验过程中要稀释,尽量做到形成单分子层油膜.
知识点二 阿伏伽德罗常量
1.定义:1 ml的任何物质含有__________的数目都__________,为常数.这个常数叫作阿伏伽德罗常量,用NA表示.
2.数值:NA=__________.
3.意义:阿伏伽德罗常量是一个重要的基本常量,它是联系__________与__________的桥梁.
阿伏伽德罗常量,把摩尔质量、摩尔体积等这些宏观量与分子质量、分子大小等微观物理量联系起来.
1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)分子大小的数量级是10-10 m.( )
(2)油酸分子易竖立起来,形成单分子层油膜.( )
(3)油膜法测分子大小,用食用油、煤油都可以.( )
(4)1 ml的固态物质(如铁)和1 ml的气态物质(如氧气)所含分子数不同.( )
2.关于“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验,下列实验操作正确的是( )
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.待水稳定后再将痱子粉均匀撒在水面上
D.用试管向水面倒少许油酸酒精溶液
3.(多选)若以V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,M表示水的摩尔质量,M0表示一个水分子的质量,V0表示一个水分子的体积,NA表示阿伏伽德罗常量,则下列关系式正确的是( )
A.NA=ρVM0B.V0=VNA
C.M0=MNAD.ρ=MNAV0
“用油膜法估测油膜分子的大小”的实验中,为什么要待浅盘中的水稳定后才进行测量?
若油酸分子大小的数量级为10-10 m,某同学的测量结果大于这个数量级,试分析可能的原因.
用油膜法估测油酸分子的大小
一、实验原理与方法
油酸分子的一端具有亲水性,另一端具有憎水性,当把酒精稀释过的油酸滴在水面上时,油酸便在水面上散开,其中酒精溶于水,并很快挥发,在水面上形成有自由边界的一层纯油酸薄膜,形成单分子层油膜.如果将油酸分子看作是球状模型,测出一定体积的油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积,计算出油膜的厚度,这个厚度就近似等于分子的直径.
二、实验器材
盛水的容器,滴管或注射器,一个量筒,按一定的比例(一般为1∶200)稀释了的油酸酒精溶液,带有坐标方格的透明有机玻璃盖板(面积略大于容器的上表面积),少量爽身粉或石膏粉,彩笔.
三、实验步骤
1.用注射器或滴管将一定容积的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内增加一定体积时的溶液滴数,求出一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积V.
2.向容器中倒入约2 cm深的水,将爽身粉均匀地撒在水面上.
3.小心地将一滴油酸酒精溶液滴到水面上,让它在水面上自由地扩展为油酸薄膜.
4.轻轻地将有机玻璃盖板放到容器上,用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上.
5.利用坐标方格计算出油膜的面积S,再根据一滴溶液中纯油酸的体积和油膜的面积求出油膜的厚度d=VS,厚度d即为所测分子的直径.
四、数据处理
计算分子直径时,注意加的不是纯油酸,而是油酸酒精溶液,在利用公式d=VS计算时,式中的V不是溶液的体积,而应该进行换算,计算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,方法是:设n滴油酸酒精溶液是1 mL,则每1滴的油酸酒精溶液的体积是1n mL,事先知道配制溶液的比例是1M,则1滴溶液中的纯油酸体积V=1n·1M mL.式中的S是滴入水中后,纯油酸形成的油膜面积,其面积用数坐标纸上对应的格数来计算,以1 cm为边长的坐标纸上占了多少个格,其面积就是多少平方厘米,数格时,不足半个格的舍去,多于半格的算1个格.这样就可粗略地计算出油酸分子的直径.
五、误差分析
1.由于我们是采用间接测量的方式测量分子的直径,实验室中配制的油酸酒精溶液的浓度、油酸在水面展开的程度、油酸面积的计算都直接影响测量的准确程度.
2.虽然分子大小的数量级应在10-10 m.但中学阶段,对于本实验只要能测出油酸分子大小的数量级在10-9 m以内即可认为是成功的.
六、注意事项
1.爽身粉不要撒得太多,只要能够帮助看清油膜边界即可.
2.滴入油酸酒精溶液时,一定要细心,不要一下滴得太多,使油膜的面积过大.
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:第一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复;第二是酒精挥发后液面收缩.
【典例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爽身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,待油膜形状稳定.
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:
(1)上述步骤中,正确的顺序是________(填写步骤前面的数字).
(2)将1 cm3的油酸溶于酒精,制成300 cm3的油酸酒精溶液,测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴.现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上,测得所形成的油膜的面积是0.13 m2.由此估算出油酸分子的直径为______m(结果保留一位有效数字).
[思路点拨] (1)要先配溶液,再滴入,油膜稳定后再测量.
(2)直径数量级为10-10 m.
[听课记录]
在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中各物理量的计算
在实验中由d=VS计算分子的直径,V是经过换算后一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积.各物理量的计算方法如下.
(1)一滴油酸酒精溶液的体积:
V′=V液2N(N为滴数,V液2为N滴油酸酒精溶液的体积).
(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸所占体积:
V=V′·V油V液1(V油为纯油酸的总体积,V液1为油酸酒精溶液的总体积).
(3)油酸薄膜的面积S=na2(n为有效格数,a为小格的边长).
(4)分子直径d=VS.
(5)注意单位的统一.
[跟进训练]
1.在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,所用的油酸酒精溶液的浓度为1 000 mL溶液中有纯油酸0.6 mL,用注射器测得1 mL 上述溶液为80滴,把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内,让油膜在水面上尽可能散开,测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示,图中每一小方格的边长为1 cm,试求:
(1)油酸薄膜的面积是______cm2;
(2)实验测出油酸分子的直径是______m(结果保留两位有效数字);
(3)实验中为什么要让油膜尽可能散开?
阿伏伽德罗常量
1.两种分子模型
(1)球形分子模型:对于固体和液体,其分子间距离比较小,在估算分子大小及分子的个数时,可以认为分子是紧密排列的,分子间的距离近似等于分子的直径.如图所示.
球形分子模型
其分子直径d=36V0π .
(2)立方体分子模型:对于气体,其分子间距离比较大,是分子直径的数十倍甚至上百倍,此时可把每个分子平均占据的空间视为立方体,立方体的边长即为分子间的平均距离,如图所示.
其分子间的距离d=3V0.
立方体分子模型
2.阿伏伽德罗常量的应用
(1)一个分子的质量m=MNA=ρVNA.
(2)一个分子的体积V0=VNA=MρNA(对固体和液体).
(3)单位质量中所含分子数n=NAM.
(4)单位体积中所含分子数n=NAV=ρNAM.
(5)气体分子间的平均距离d=3V0=3VNA.
(6)固体、液体分子直径d=36V0π=36VπNA.
【典例2】 只要知道下列一组物理量,就可以估算出气体分子间的平均距离的是( )
A.阿伏伽德罗常量、该气体的摩尔质量和质量
B.阿伏伽德罗常量、该气体的摩尔质量和密度
C.阿伏伽德罗常量、该气体的质量和体积
D.该气体的密度、体积和摩尔质量
[思路点拨] 首先导出气体分子间平均距离的表达式,再对照题目中各选项所给条件进行判断,也可以从题给条件出发,看能否求得所需结果,从而进行正确判断.
[听课记录]
(1)求解与阿伏伽德罗常量有关问题的思路.
(2)V0=VNA对固体、液体指分子体积,对气体则指平均每个分子所占据空间的体积,即无法求解气体分子的大小.
[跟进训练]
2.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/ml,阿伏伽德罗常量NA=6×1023 ml-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.(结果保留一位有效数字)
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10-10 m
2.(多选)关于分子,下列说法正确的是( )
A.把分子看成小球,是对分子的简化模型,实际上,分子的形状并不真的是球
B.所有分子的大小都相同
C.不同分子的大小一般不同,但数量级基本一致
D.测定分子大小的方法有多种,油膜法只是其中的一种方法
3.“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,认为油滴在水面上散开后油酸分子的排列需要建立在一定模型基础上,下列说法不正确的是( )
A.分子都是球形的
B.所有分子都能形成单分子层油膜
C.分子都是一个挨着一个紧密排列的
D.滴入的油酸溶液是高纯度的溶液
4.铁的密度ρ=7.8×103 kg/m3、摩尔质量M=5.6×10-2 kg/ml,阿伏伽德罗常量NA=6.0×1023 ml-1.可将铁原子视为球体,试估算:(保留一位有效数字)
(1)1克铁含有的分子数;
(2)铁原子的直径大小.
5.如图所示为一个防撞气包,包内气体在标准状况下体积为336 mL,已知气体在标准状况下的摩尔体积V=22.4 L/ml,阿伏伽德罗常量NA=6.0×1023 ml-1,求气包内(结果均保留两位有效数字):
(1)气体的分子个数;
(2)气体在标准状况下每个分子所占的体积.
回归本节知识,自我完成以下问题:
1.一般分子大小的数量级是多少?“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中把油酸分子看成球形,采用了什么科学方法?
2.“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,分子直径的表达式是什么?如何计算油膜的面积?
3.试写出球形分子模型和立方体分子模型的分子间距离的表达式?阿伏伽德罗常量是多少?
物理选择性必修 第三册第一章 分子动理论第一节 物质是由大量分子组成的导学案: 这是一份物理选择性必修 第三册<a href="/wl/tb_c4003277_t4/?tag_id=42" target="_blank">第一章 分子动理论第一节 物质是由大量分子组成的导学案</a>,共21页。
物理选择性必修 第三册1 分子动理论的基本内容导学案: 这是一份物理选择性必修 第三册1 分子动理论的基本内容导学案,共5页。
人教版 (2019)选择性必修 第三册第一章 分子动理论1 分子动理论的基本内容第1课时学案: 这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册第一章 分子动理论1 分子动理论的基本内容第1课时学案,共7页。学案主要包含了阿伏加德罗常数,两种分子模型等内容,欢迎下载使用。