1.1 物体是由大量分子组成的 学案（2020年教科版高中物理选修3-3）

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1、1.1 物体是由大量分子组成的物体是由大量分子组成的 学习目标 1.知道物体是由大量分子组成的.2.知道分子的球形模型和分子直径的数量级.3. 知道阿伏伽德罗常量的物理意义、数值和单位.4.知道分子之间存在空隙 一、物体的组成 在热学范围内，由于原子、分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 不区分原子、分子或离子，故物体是由分子组成的 二、分子的大小 多数分子的直径的数量级为 10 10 m. 三、阿伏伽德罗常量 1定义：1 mol 的任何物质都含有相同的分子数，这个数量用阿伏伽德罗常量表示 2数值：NA6.021023 mol 1. 3意义：阿伏伽德罗常量把摩尔质量、摩尔体

2、积这些宏观物理量与分子质量、分子大小等微 观物理量联系起来了 四、分子之间存在空隙 固体、液体、气体分子间均存在空隙，气体分子间的空隙(距离)要比分子的线度大的多 即学即用 判断下列说法的正误 (1)所有分子直径的数量级都是 10 9 m() (2)分子的形状为球形或立方体形状() (3)分子间距离等于分子的直径() (4)分子体积等于摩尔体积与阿伏伽德罗常量的比值() 一、分子的大小及模型 导学探究 通过初中物理的学习，我们知道组成物体的分子是很小的成年人做一次深呼 吸，大约能吸入 11022个分子那么分子到底有多小？这么小的分子又是什么形状的呢？ 答案 多数分子直径的数量级为 10 10

3、m一般把分子看做球形或立方体 知识深化 1热学中的分子与化学上讲的不同，它是构成物质的分子、原子、离子等微粒的统称，因为 这些微粒在热运动时遵从相同的规律 2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 V01 6d 3. (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 1 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. 图 1 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 1

4、0 29 m3. (3)分子质量的数量级一般为 10 26 kg. 特别提醒 对于分子模型，无论是球体还是立方体，都是一种简化的理想模型，实际的分子 是有复杂结构的，在用不同的模型计算分子的大小时，所得结果会有差别，但分子直径的数 量级一般都是 10 10 m. 例 1 关于分子，下列说法中正确的是( ) A分子看做小球是分子的简化模型，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 答案 A 解析 将分子看做小球是为研究问题方便而建立

5、的简化模型，故 A 选项正确；一些有机物质 分子大小的数量级超过 10 10 m，故 B 选项错误；“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 C 选项错误；分子质量的数量级一般为 10 26 kg，故 D 选项错误 例 2 现在已经有能放大数亿倍的非光学显微镜(如电子显微镜、场离子显微镜等)，使得人 们观察某些物质内的分子排列成为可能 如图 2 所示是放大倍数为 3107倍的电子显微镜拍 摄的二硫化铁晶体的照片据图可以粗略地测出二硫化铁分子体积的数量级为 _m3.(照片下方是用最小刻度为毫米的刻度尺测量的照片情况) 图 2 答案 10 29 解析 由题图可知，将每

6、个二硫化铁分子看做一个立方体，四个小立方体并排边长之和为 4d4.00 cm， 所以平均每个小立方体的边长 d1.00 cm.又因为题图是将实际大小放大了 3107倍拍摄的照片，所以二硫化铁分子的小立方体边长为：d d 3107 1.0010 2 3107 m3.3310 10 m，所以测出的二硫化铁分子的体积为：Vd3(3.331010 m)33.710 29 m3. 二、阿伏伽德罗常量 导学探究 (1)1 mol 的物质内含有多少个分子？用什么表示？ (2)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

7、NA) (3)VmolNAV0(V0为一个分子的体积，Vmol为摩尔体积)，对于任何物质都成立吗？ 答案 (1)6.021023个 NA (2) M NA V NA (3)VmolNAV0 仅适用于固体和液体，不适用于气 体 知识深化 阿伏伽德罗常量的应用 1NA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一座桥梁 它把摩尔质量 Mmol、 摩尔体积 Vmol、 物体的质量 m、物体的体积 V、物体的密度 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 3 所示 图 3 其中密度 m V Mmol Vmol，但要切记对单个分子 m0 V0是没有物理

8、意义的 2常用的重要关系式 (1)分子的质量：m0Mmol NA . (2)分子的体积：V0Vmol NA Mmol NA(适用于固体和液体)注意：对于气体分子 Vmol 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：nmNA Mmol. (4)体积为 V 的物体中所含有的分子数：nVNA Vmol. 例 3 (多选)若以 表示氮气的摩尔质量，V 表示在标准状况下氮气的摩尔体积， 是在标 准状况下氮气的密度，NA为阿伏伽德罗常量，m、v 分别表示每个氮分子的质量和体积，下 面四个关系式中正确的是( ) ANAV m B NAv Cm NA Dv V NA 答案

9、AC 解析 摩尔质量 mNAV，故 NAV m ，m NA，故 A、C 正确；氮气分子间距离很大， NAv 并不等于摩尔体积 V，故 B、D 错误 例 4 已知氧气分子的质量 m5.310 26 kg，标准状况下氧气的密度 1.43 kg/m3，阿伏 伽德罗常量 NA6.021023 mol 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(保留两位有效数字) 答案 (1)3.210 2 kg/mol (2)3.3109 m (3)2.71019个 解析 (1)氧气的摩尔质量为 MNAm6.0210235.310 26

10、 kg/mol3.2 102 kg/mol. (2)标准状况下氧气的摩尔体积 VM ，所以每个氧气分子所占空间 V0 V NA M NA.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 V0a3，则 a3 M NA，a 3 M NA 3 3.210 2 1.436.021023 m3.310 9 m. (3)1 cm3氧气的质量为 mV1.43110 6 kg1.43106 kg 则 1 cm3氧气中含有的氧分子个数 Nm m 1.4310 6 5.310 26个2.71019个 分子的两种模型 1 球体模型： 固体、 液体分子可认为是一个挨着一个紧密排列的球体， 由 V0 V

11、NA及 V0 1 6d 3 可得：d 3 6V NA. 2 立方体模型： 气体中分子间距很大， 一般建立立方体模型 将每个气体分子看成一个质点， 气体分子位于立方体中心，如图 4 所示，则立方体的边长即为分子间距由 V0 V NA及 V0 d3可得：d 3 V NA. 图 4 1(分子的大小及模型)(多选)下列说法中正确的是( ) A物体是由大量分子组成的 B无论是无机物质的分子，还是有机物质的分子，其分子大小的数量级都是 10 10 m C本节中所说的“分子”，包含了单原子分子、多原子分子等多种意义 D分子的质量是很小的，其数量级为 10 19 kg 答案 AC 解析 有些大分子特别是有机大

12、分子的直径数量级会超过 10 10 m，故 B 错；分子质量的数 量级，对一般分子来说是 10 26 kg，则选项 D 错误 2(阿伏伽德罗常量的应用)(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 6.021023 mol 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 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 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

13、 正确；可认为每个分子平均占据了一个小立方体空间，3V0即为相邻分子之间的 平均距离，D 正确；每个分子的质量可由 m0 M NA计算，A 正确 3(阿伏伽德罗常量的应用)已知水的摩尔质量 M1810 3 kg/mol，1 mol 水中含有 6 1023 个水分子，水的密度为 1 103 kg/m3，试估算水分子的质量和直径(结果保留一位有效数 字) 答案 310 26 kg 41010 m 解析 水分子的质量 m0 M NA 1810 3 61023 kg310 26 kg 由水的摩尔质量 M 和密度 ，可得水的摩尔体积 VM 把水分子看成是一个挨一个紧密排列的小球，1 个水分子的体积为 V0 V NA M NA 1810 3 110361023 m 331029 m3 每个水分子的直径为 d 3 6V0 3 6310 29 3.14 m410 10 m.