高中物理教科版选修3-3物体是由大量分子组成的学案设计

这是一份高中物理教科版选修3-3物体是由大量分子组成的学案设计，共9页。
知识点一 分子的大小
分子到底有多小？
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，那么用什么仪器才能观察到分子？
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1.物体由________组成，________是组成物质并保持物质化学性质的最小微粒。
2.在讨论热运动时，把分子、________或离子统称为分子。
3.分子很小，用肉眼和高倍的光学显微镜都无法看到，只有用________显微镜才能观察到。
4.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。
【思考】
1.分子一般都具有较复杂的结构，那么在估测分子大小时，常用到的分子模型有哪些？
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2.采用不同方法测出的分子大小结果有差异，数量级是否相同？
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例1 关于分子的下列说法中正确的是( )
A.分子看作球体是分子的简化模型，实际上，分子的形状并不真的都是球形
B.所有分子大小的数量级都是10－10 m
C.“物体是由大量分子组成的”，其中“分子”只包含分子，不包括原子和离子
D.分子的质量是很小的，其数量级一般为10－10 kg
听课笔记__________________________________________________________
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分子的两种模型
(1)球形模型：固体、液体中分子间距较小，可认为分子是一个挨着一个紧密排列的球体。分子体积V0和直径d的关系为V0＝eq \f(1,6)πd3。
(2)立方体模型：气体中分子间距很大，一般建立立方体模型(如图所示)。将每个气体分子看成一个质点，气体分子位于立方体中心，分子占据的空间V0和分子间距离d的关系为V0＝d3。
训练1 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？
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知识点二 阿伏伽德罗常量
《乌鸦喝水》是《伊索寓言》中一个寓言故事。通过讲述一只乌鸦喝水的故事，你知道一只口渴的乌鸦喝一口水，大约喝掉多少个水分子吗？(给出思路即可)
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1.阿伏伽德罗常量：1 ml的任何物质都含有相同的________，这个数量叫作阿伏伽德罗常量。
2.通常计算取NA＝6.02×1023/ml。
3.NA的桥梁和纽带作用
阿伏伽德罗常量是联系宏观世界和微观世界的桥梁。它把摩尔质量Mml、摩尔体积Vml、物体的质量m、物体的体积V、物体的密度ρ等宏观量，跟单个分子的质量m0、单个分子的体积V0等微观量联系起来，如图所示。
其中密度ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(Mml,Vml)，但要切记对单个分子ρ＝eq \f(m0,V0)是没有物理意义的。
4.常用的重要关系式
(1)分子的质量：m0＝eq \f(Mml,NA)。
(2)分子的体积：V0＝eq \f(Vml,NA)＝eq \f(Mml,ρNA)(适用于固体和液体)。注意：对于气体分子eq \f(Vml,NA)只表示每个分子所占据的空间。
(3)质量为m的物体中所含有的分子数：N＝eq \f(mNA,Mml)。
(4)体积为V的物体中所含有的分子数：N＝eq \f(VNA,Vml)。
【思考】
1.若某种物质的摩尔质量为M，摩尔体积为V，则一个分子的质量为多大？假设分子紧密排列，一个分子的体积为多大(已知阿伏伽德罗常量为NA)?
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2.Vml＝NAV0(V0为一个分子的体积，Vml为摩尔体积)，对于任何物质都成立吗？
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例2 已知氧气分子的质量m＝5.3×10－26 kg，标准状况下氧气的密度ρ＝1.43 kg/m3，阿伏伽德罗常量NA＝6.02×1023 ml－1，求：
(1)氧气的摩尔质量；
(2)标准状况下氧气分子间的平均距离；
(3)标准状况下1 cm3的氧气中含有的氧分子数。(以上计算结果均保留2位有效数字)
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总结提升 阿伏伽德罗常量的妙用
训练2 (多选)阿伏伽德罗常量是NA(单位为ml－1)，铜的摩尔质量为M(单位为kg/ml)，铜的密度为ρ(单位为kg/m3)，则下列说法正确的是( )
A.1 m3铜所含的原子数目是eq \f(ρNA,M)
B.1个铜原子的质量是eq \f(M,NA)
C.1个铜原子占有的体积是eq \f(M,ρNA)
D.1 kg铜所含有的原子数目是ρNA
知识点三 分子之间存在间隙
向A、B两个量筒中分别倒入50 mL的水和酒精(如图甲)，然后再将A量筒中的水倒入B量筒中，观察混合后液体的体积(如图乙)。它说明了什么问题？
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1.半试管水和半试管酒精混合之后的总体积要小于整个试管的容积，这说明________分子间是有间隙的。
2.气体很容易被压缩，表明________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________分子之间也是有间隙的。
例3 下列事实中，能说明分子间有间隙的是( )
A.用瓶子装满一瓶砂糖，反复抖动后总体积减小
B.手捏面包，体积减小
C.水很容易渗入沙土层中
D.用一带有活塞的容器封闭部分气体，用力压活塞，气体的体积减小
听课笔记_________________________________________________________
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随堂对点自测
1.(分子的大小)关于分子，下列说法中正确的是( )
A.分子是球形的，就像我们平时的乒乓球有弹性，只不过分子非常非常小
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.测定分子大小的方法只有油膜法一种
2.(阿伏伽德罗常量)对于固体或液体用M表示摩尔质量，m表示分子质量，ρ表示物质密度，Vml表示摩尔体积，V0表示分子体积，NA表示阿伏伽德罗常量，下列关系式不正确的是( )
A.NA＝eq \f(V0,Vml) B.NA＝eq \f(Vml,V0)
C.Vml＝eq \f(M,ρ) D.m＝eq \f(M,NA)
3.(阿伏伽德罗常量)(多选)已知某气体的摩尔体积为22.4 L/ml，摩尔质量为18 g/ml，阿伏伽德罗常量为6.02×1023 ml－1，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
4.(分子之间存在间隙)(多选)对于分子间有间隙，下列说法正确的是( )
A.手捏海绵，海绵体积变小，说明固体分子是有间隙的
B.水和酒精混合后的总体积变小了，说明液体分子间是有间隙的
C.水能结成冰，同时体积变大，说明水分子之间是有间隙的
D.热胀冷缩现象说明分子间是有间隙的
1 物体是由大量分子组成的
知识点一
导学 提示 用能放大几亿倍的扫描隧道显微镜，才能观察到物质表面原子的排列。多数分子大小的数量级为0.1 nm，即10－10 m。
知识梳理
1.大量分子 分子 2.原子 3.扫描隧道
[思考]
1.提示 固体和液体常用球形模型，气体常用立方体模型。
2.提示 相同。
例1 A [将分子看作球体是为研究问题方便而建立的简化模型，故选项A正确；一些有机物分子大小的数量级超过10－10 m，故选项B错误；“物体是由大量分子组成的”，其中“分子”是分子、原子、离子的统称，故选项C错误；分子质量的数量级一般为10－26 kg，故选项D错误。]
训练1 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。
知识点二
导学 提示 估测乌鸦喝一口水的质量，根据质量与摩尔质量的关系，计算出摩尔数，再根据1 ml任何物质的微粒数是6.02×1023，可计算出乌鸦喝一口水喝掉的水分子个数。
知识梳理
1.粒子数NA
[思考]
1.提示 eq \f(M,NA) eq \f(V,NA)
2.提示 Vml＝NAV0仅适用于固体和液体，不适用于气体。
例2 (1)3.2×10－2 kg/ml (2)3.3×10－9 m (3)2.7×1019个
解析 (1)氧气的摩尔质量为
M＝NAm＝6.02×1023×5.3×10－26 kg/ml≈3.2×10－2 kg/ml。
(2)标准状况下氧气的摩尔体积V＝eq \f(M,ρ)，所以每个氧气分子所占空间V0＝eq \f(V,NA)＝eq \f(M,ρNA)，而每个氧气分子占有的体积可以看成是棱长为a的立方体，即V0＝a3，则a3＝eq \f(M,ρNA)，a＝ eq \r(3,\f(M,ρNA))＝ eq \r(3,\f(3.2×10－2,1.43×6.02×1023)) m≈3.3×10－9 m。
(3)1 cm3氧气的质量为
m′＝ρV′＝1.43×1×10－6 kg＝1.43×10－6 kg
则1 cm3氧气中含有的氧分子个数
N＝eq \f(m′,m)＝eq \f(1.43×10－6,5.3×10－26)个≈2.7×1019个。
训练2 ABC [1 m3铜所含的原子数为eq \f(NA,Vml)，根据ρ＝eq \f(M,Vml)得eq \f(NA,Vml)＝eq \f(ρNA,M)，选项A正确；1个铜原子的质量为m＝eq \f(M,NA)，选项B正确；1个铜原子占有的体积为eq \f(Vml,NA)，因为ρ＝eq \f(M,Vml)，所以eq \f(Vml,NA)＝eq \f(M,ρNA)，选项C正确；1 kg铜所含有的原子数目为eq \f(NA,M)≠ρNA，选项D错误。]
知识点三
导学 提示 水和酒精混合后的总体积变小了，这表明液体分子间存在着空隙。
知识梳理
1.液体 2.气体 3.固体
例3 D [反复抖动砂糖、手捏面包，使总体积减小，水易渗入沙土层中，都只能说明宏观物体有空隙，不能说明微观分子间有间隙，故A、B、C均错误；封闭在容器中的气体可以被压缩，说明气体分子之间有间隙，故D正确。]
随堂对点自测
1.C [分子的形状非常复杂，为了研究和学习方便，把分子简化为球形，实际上不是真正的球形，故A错误；不同分子的直径一般不同，但数量级基本一致，为10－10 m，故B错误，C正确；油膜法只是测定分子大小的一种方法，还有其他方法，如扫描隧道显微镜观察法等，故D错误。]
2.A [摩尔体积表示1 ml物体的总体积，1 ml物体有NA个分子，所以NA＝eq \f(Vml,V0)，故A错误，B正确；密度为摩尔质量除以摩尔体积，则摩尔体积等于摩尔质量除以密度；分子质量等于摩尔质量除以阿伏伽德罗常量，故C、D正确。]
3.ACD [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＝eq \f(V,NA)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，eq \r(3,V0)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＝eq \f(M,NA)计算，故A正确。]
4.BCD [手捏海绵，海绵体积变小，说明海绵间有空隙，不能说明固体分子是有间隙的，A错误；水和酒精混合后的总体积变小了，说明液体分子间存在着间隙，B正确；水结成冰，同时体积变大，说明水分子之间间隙变大了，即能说明分子间是有间隙的，C正确；热胀冷缩是指分子之间的间隙随着温度的升高或降低而变大或变小，这说明了分子之间有间隙，D正确。]
已知条件
求解问题
说明
固体和液体的摩尔体积Vml和一个分子的体积V0
阿伏伽德罗常量NA＝eq \f(Vml,V0)
反之亦可估算分子的大小，对气体不适用
物质的摩尔质量Mml和一个分子的质量m0
阿伏伽德罗常量NA＝eq \f(Mml,m0)
反之亦可估算分子的质量，对包括气体在内的所有物质都适用
物质的体积V和摩尔体积Vml
物质的分子数N＝eq \f(V,Vml)NA
对包括气体在内的所有物质都适用
物质的质量m、密度ρ和摩尔体积Vml
物质的分子数N＝eq \f(m,ρVml)NA
对包括气体在内的所有物质都适用
物质的质量m和摩尔质量Mml
物质的分子数N＝eq \f(m,Mml)NA
对包括气体在内的所有物质都适用