1、翰林汇翰林汇翰林汇翰林汇课 题：分子热运动 能量守恒 气体 类型：复习课目的要求：梳理、理解和掌握根底知识，延伸和拓展热力学第一定律、能源的利用等问题，会用热学规律解释一些实际现象重点难点： 教 具：过程及内容：第1课 分子动理论知识简析一、分子动理论1分子动理论根本内容：物体是由大量分子组成的；分子永不停息地做无规那么运动；分子间存在着相互作用力。2物质是由大量分子组成的这里的分子是指构成物质的单元，即具有各种物质化学性质的最小微粒；可以是原子、离子，也可以是分子。在热运动中它们遵从相同的规律，所以统称为分子。1分子的大小：分子直径数量级为1010m；可用“油膜法测定。分子质量的数量级是10
2、-2710-26kg油膜法具体做法是：将油酸用酒精稀释后滴加在水面上，油酸在水面上散开，其中酒精溶于水中，并很快挥发，在水面上形成一层纯油酸膜，由于油酸分子的局部原子与水有很强的亲合力，这样就形成了紧密排列的单分子层油膜。根据稀释前油酸的体积V和薄膜的面积S即可算出油酸薄的厚度的d=V/S，L即为分子的直径。用此方法得出的油酸分子的直径数量级是10-10m。2阿伏加德罗常数：1摩尔任何物质含有的粒子数都相同其值为：NA602 10233分子间存在间隙：分子永不停息地做无规那么运动，说明分子间有间隙。 气体容易被压缩，说明分子间有间隙。水和酒精混合后的体积小于两者原来的体积之和，说明分子间有间隙
3、。用两万个标准大气压的压强压缩钢筒中的油，发现油可以透过筒壁逸出，说明分子间有间隙。说明:这里建立了一个理想化模型：把分子看作是小球，所以求出的数据只在数量级上是有意义的。固体、液体被理想化地认为各分子是一个挨一个紧密排列的，每个分子的体积就是每个分子平均占有的空间。分子体积=物体体积分子个数。气体分子仍视为小球，但分子间距离较大，不能看作一个挨一个紧密排列，所以气体分子的体积远小于每个分子平均占有的空间。每个气体分子平均占有的空间看作以相邻分子间距离为边长的正立方体。3分子的热运动1分子热运动：物体里的大量分子做永不停息的无规那么运动，随温度的升高而加剧。扩散现象和布朗运动可以证明分子热运动
4、的存在。 (2)布朗运动：是指悬浮在液体中的花粉颗粒永不停息地做无规那么运动它并不是分子本身的运动液体分子的无规那么运动是布朗运动产生的原因，布朗运动虽不是分子的运动，但其无规那么性正反映了液体分子运动的无规那么性 布朗运动的剧烈程度与颗粒大小和温度有关注意点：形成条件是：只要微粒足够小。温度越高，布朗运动越剧烈。观察到的是固体微粒不是液体，不是固体分子的无规那么运动，反映的是液体分子运动的无规那么性。实验中描绘出的是某固体微粒每隔30秒的位置的连线，不是该微粒的运动轨迹。【思考】为什么微粒越小，布朗运动越明显？【分析】在任何一个选定的方向上，同一时刻撞击固体微粒的液体分子个数与微粒的横截面积
5、成正比，即与微粒的线度r的平方成正比，从而对微粒的撞击力的合力F与微粒的线度r的平方成正比；而固体微粒的质量m与微粒的体积成正比，即与微粒的线度r的立方成正比，因此其加速度a=F/mr 1，即加速度与微粒线度r成反比。所以微粒越小，运动状态的改变越快，布朗运动越明显。 【例1】下面三种关于布朗运动说法都是错误的，试分析它们各错在哪里。1大风天常常看到风沙弥漫、尘土飞扬，这就是布朗运动。2在较暗的房间里，从射进来的阳光中可以看到悬浮在空气中的微粒在不停地运动，这些微粒的运动是布朗运动。3布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的撞击引起的，固体小颗粒的体积越大，液体分子对它的撞击越多，布郎运动就越显著
6、。【解析】12能在液体或气体中做布朗运动的微粒都是很小的，一般数量级在 106m，这种微粒相对于可视的微粒是很小的，肉眼是看不到的，必须借助于显微镜，但它又比分子要大得多。风天看到的灰砂尘土都是较大的颗粒，它们的运动不能称为布朗运动，另外它们的运动根本上属于在气流作用下的定向移动，而布朗运动是无规那么运动。3布朗运动确实是由于液体或气体分子对固体微粒的碰撞引起的，但只有在固体微粒很小，各个方向的液体分子对它的碰撞不均匀才引起它做布朗运动； 因此正确的说法是：固体微粒体积越小，布朗运动越显著，如果固体微粒过大，液体分子对它的碰撞在各个方向上是均匀的，就不会做布朗运动了4分子间的相互作用力o F斥
7、 F分 F引 (1)分子间同时存在着相互作用的引力和斥为，引力和斥力都随分子间距离增大而减小，随分子间距离减小而增大但斥力的变化比引力的变化快实际表现出来的分子力是引力和斥力的合力(2)分子间作用力指引力和斥力的合力随分子间距离而变的规律是：rr0时表现为引力；r10r0以后，分子力变得十分微弱，可以忽略不计。(3)从本质上来说，分子力是电场力的表现。因为分子是由原子组成的，原子内有带正电的原子核和带负电的电子，分子间复杂的作用力就是由这些带电粒子间的相互作用而引起的。也就是说分子力的本质是四种根本根本相互作用中的电磁相互作用。【例2】试用分子间相互作用力的观点解释以下现象：1液体的体积很难被
8、压缩；2如图实验时，拉动玻璃板的力大于玻璃板所受的重力。【解析】现象1：通常条件下，液体分子间的距离ro，即分子间的斥力和引力相等，分子力为零。当加上外加的压力试图使分子间距离小于平衡位置间距离rO时，液体分子间的斥力将大于引力，分子力就表达为斥力，且迅速增大，分子力就跟外力相平衡，从而体积就很难被压缩小。现象2：玻璃板即将跟水面分开时，粘附在玻璃板外表上的一层水分子将跟下面的水分子层发生分裂，两层水分子间的相互作用力就表达为引力，可见，要想使玻璃板离开水面，必须克服水分子之间的引力，所以拉动玻璃板的力要大于玻璃板所受的重力。规律方法 1对微观量的估算 首先要建立微观模型对液体、固体来说，微观
9、模型是分子紧密排列，将物质的摩尔体积分成NA个等份，每个等份就是一个分子，假设把分子看作小立方体，那么每一等份就是一个小立方体假设把分子看成小球，那么每一等份就是一个小球可以估算出分子的体积和分子的直径气体分子不是紧密排列的，所以上述微观模型对气体不适用，但上述微观模型可用来求气体分子间的距离例如l mol任何气体，在标准状态下的体积是224103m3，将其分成NA个小立方体，每个小立方体中装一个气体分子，那么小立方体的边长就是分子间的距离 阿伏加德罗常数NA=6.021023 mol-1是联系微观世界和宏观世界的桥梁.具体表现在：1固体、液体分子微观量的估算分子数N=nNA=NA=NA.分子
10、质量的估算方法：每个分子的质量为m1=.分子体积分子所占空间的估算方法：每个分子的体积分子所占空间V1=.其中为固体、液体的密度.分子直径的估算方法：把固体、液体分子看成球形，那么分子直径d=；把固体、液体分子看成立方体，那么d=.2气体分子微观量的估算方法摩尔数n=，V为气体在标况下的体积.分子间距的估算方法：设想气体分子均匀分布，每个分子占据一定的体积.假设为立方体,分子位于每个立方体的中心，每个小立方体的边长就是分子间距；假设气体分子占有的体积为球体，分子位于球体的球心，那么分子间距离等于每个球体的直径.注意：同质量的同一气体，在不同状态下的体积有很大差异，不像液体、固体体积差异不大，所
11、以求气体分子间的距离应说明实际状态【例3】利用单分子油膜法可以粗测分子的大小和阿伏加德罗常数如果体积为V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油的密度为、摩尔质量为，阿伏加德罗常量应如何求出？ 解析：由单分子油膜的特征，这种油的直径为dV/S将油膜看成单分子紧密相挨形成的膜 每个油分子的体积为将分子看成球形 每摩尔这种油的体积为 V/ 因此。阿伏加德罗常数为；NA=V/V0=6S3/V3 答案： NA6S3/V3【例4】金刚石的密度是35103kg/m3，在一块体积是64108 m3的金刚石内含有多少个碳原子？保存两位有效数字 解析： 质量 m=V3510364108224104
12、 kg 摩尔数n=m/=224104 kg/12103kg/mol=186710-1mol 原子数N=nNA=18671016021023= 1 121022个= 1ll022个 点评：解决此类问题的方法是先求出摩尔数，再用摩尔数和阿伏加德罗常数求出原子分子个数【例5】晶须是一种开展中的高强度材料，它是一些非常细的，非常完整的丝状横截面为圆形晶体.现有一根铁晶，直径d=1.60 m,用了F=0.0264 N的力将它拉断，试估算拉断过程中最大的Fe原子力Ff (Fe的密度=7.92 gcm-3).【解析】因原子力作用范围在10-10 m数量级，阻止拉断的原子力主要来自于断开面上的所有原子对.当F
13、e晶上的拉力分摊到一对Fe原子上的力超过拉伸中的最大原子力时，Fe晶就被拉断.又铁的摩尔质量MA=55.8510-3 kg/mol.所以铁原子的体积：=1.17110-29 m3原子直径：=2.8210-10 m原子球的大圆面积：S=D2/4=6.25-20 m2铁晶断面面积：S=d2/4=(1.6010-6)2/4=2.0110-12 m2断面上排列的铁原子数：=3.2107个所以拉断过程中最大铁原子力：=8.2510-10 N2、布朗运动问题【例6】关于布朗运动，以下说法正确的选项是A布朗运动是液体分子的运动；B布朗运动的无规那么性，反映了液体内局部子运动的无规那么性；C与固体微粒相碰的液
14、体分子数越多，布朗运动越显著。D液体的温度越高，布朗运动越剧烈。分析：布朗运动是指悬浮在液体中的微小颗粒的运动，而不是液体分子的运动。悬浮在液体中的固体微粒，受到周围分子碰撞的力不平衡，因而向受力作用较小的方向运动。布朗运动间接地反映了分子运动的无规那么性。在相同的时间内，与固体微粒相碰的液体分子数越多，说明固体微粒较大，在某一瞬间跟它相撞的分子数越多，撞击作用的不平衡性就表现得越不明显，加之固体微粒越大，其惯性就越大，因而布朗运动不是越明显，而是越不明显。既然布朗运动是液体分子无规那么运动引起的，液体的温度越高，分子无规那么运动越剧烈，从而它所引起的布朗运动也就越显著。解答：选项B、D、是正
15、确的。3分子力问题【例7】如图示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于X轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F0为斥力，F0为引力，a、b、c、d为X轴上四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止释放，那么 A、乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动B、乙分子从a到c做加速运动，到达c时速度最大C、乙分子从a到b的过程中，两分子的分子势能一直增加D、乙分子从b到d的过程中，两分子的分子势能一直增加分析：乙分子从a到b、c、d的运动过程中，先是分子的引力作用，加速度的方向跟运动方向一致，所以加速运动，到达c位置时，分子力等于零，加速度也就等于零，运动的速度是最大。从c再到d运