人教版高中物理选修3-3课件：7.1物体是由大量分子组成的

第七章分子动理论第一节物体是由大量分子组成的教学目标1.知识与能力知道物体是由大量分子组成的。知道油膜法测分子大小的原理，并能估测出分子的大小。知道分子的球型结构和分子尺度的数量级。知道阿伏加德罗常数的物理意义、数值和单位，并掌握与之有关的计算或估算方法。掌握油膜法测分子的大小的方法。理解阿伏加德罗常数在微观与宏观量中的桥梁作用。注意观察与欣赏身边的各种事物，领略其美好的一面。通过实验总结规律，以便更好的解决生活中存在的问题。2.过程与方法3.情感态度与价值观教学重难点重点理解和学会用单分子油膜法估测分子大小（直径）的方法。分子大小的数量级。用阿伏加德罗常数进行有关计算或估测的方法。难点理解和学会用单分子油膜法估测分子大小（直径）的方法。①怎样估算油酸分子的大小？分子并不是球形的，但为了方便估算，我们把它看做球形处理。注意油酸分子d水面上单分子油膜的示意图把1滴油酸滴在水面上，水面上形成一块单层油酸分子薄膜，我们把它看做球形，测出油膜厚度d，即油酸分子的直径。实验油膜的厚度等于这一滴油酸的体积与它形成的面积的比。1.油膜法测分子直径②如何获得一滴油酸？怎样测量它的体积？配制一定浓度的的油酸酒精溶液，向1ml油酸中加无水酒精得到500ml的油酸酒精溶液。用注射器吸取配制好的溶液，把它一滴一滴地滴入量筒中，记录100滴溶液的体积，求出一滴溶液的体积。这样就可以根据溶液的浓度求出一滴溶液中纯油酸的体积。如果把一滴配制好的溶液滴在水面上，溶液中酒精会溶于水并很快挥发，油膜便是纯油酸形成的。③如何测量油膜的面积？浮在水面上的痱子粉油酸膜水面上形成一块油膜怎样才能看清无色透明的油酸薄膜？先往浅盘中倒入水，然后将痱子粉或细石膏粉均匀的撒在水面上。用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液。待油酸薄膜稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下油酸膜的形状。将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算轮廓范围内的正方形个数，不足半个的舍去，多余半个的按一个计算从而计算出油膜的面积。注意油酸酒精溶液配比要合理；滴数时每滴大小相同；撒痱子粉或石灰粉时要均匀；等溶液稳定后画轮廓；计算方格时要细心。因此，根据1滴油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d=，即油膜分子的大小。SV实验误差：油酸酒精溶液的实际浓度和计算值有差别。1滴油酸酒精溶液的实际浓度和计算值有差别。油酸分子在水面上不一定是均匀单层分布。在数方格计算油膜面积的时候出现误差。油膜法测分子大小是早期测定分子大小的一种方法，本实验是利用宏观量的测定求出微观量的大小。2.分子的大小热学中提到的“分子”是指组成物质的原子，分子或离子等，因为它们都遵循相同的热运动规律。自然界中所有物质都是由大量的、不连续的分子组成的。名词解释组成物质的分子非常小，不但用肉眼无法直接看到，就使用高倍的光学显微镜也看不到，只有放大几亿倍的扫面隧道显微镜才能观察到物质表面原子的排列。扫描隧道显微镜下的原子液体、固体的分子排列比较紧密，我们一般把它们看做小球，即认为固体、液体分子是紧密挨在一起的小球，因此，小球的直径就是该物体的分子直径。气体分子的分子间距很大，因此我们就不能认为它们是紧密挨在一起的了，但可以把每个分子所占的空间体积看做一个正方形，那么正方体棱长也就等于分子间的平均距离。固体、液体分子d气体分子d用不同方法测出的分子大小有差异，但是数量级是相同的，除了一些有机物质大分子外，分子直径的数量级为10-10m。练习：已知水分子的直径是4×10-10m，每个水分子的体积是多少？若认为水分子是一个紧挨着另一个的，那么一毫升水中有多少个水分子？假若你一秒钟可以数十个数，要让你数完这些分子需要多长时间？解：一个水分子的体积：3293043.35103vrm632229301103103.3510Vmnvm一毫升水中含有水分子的个数：2121130n310t==310s==9.510=95n360024365年年万亿年数完这些水分子需要的时间3.阿伏加德罗常数在化学课中我们已经学过，1mol任何物质都含有相同的分子数，用阿伏加德罗常数NA表示，正式的定义是0.012千克碳12中包含的碳12的原子的数量。直到19世纪中叶，“阿伏伽德罗常量”的概念才正式由法国科学家让·贝汉提出，而在1865年，NA的值才首次通过科学的方法由德国人约翰·洛施米特测定出，NA=6.0221367×1023mol-1。通常取NA=6.02×1023mol-1，粗略计算时取NA=6.0×1023mol-1。通过上面的例题可以看出宏观物体是由大量分子组成的。阿伏加德罗常数是联系微观物理量与宏观物理量的桥梁，所以涉及分子动理论中有关分子大小的计算时，常常用到该常量及相关公式。1.2.3.4.5.6.MVMVm00VVmmMmNnNNAAMAVVMmNNnNmNMmA0NVNVVAM030306VVd公式集锦各符号所代表的物理量m—物质质量M—摩尔质量m0—分子质量V—物质体积VM—摩尔体积NA—阿伏加德罗常数V0—分子体积或气体分子所占据的平均空间n—物质的量N—分子总个数d—分子直径或气体分子之间的平均距离ρ—物质的密度通过以上公式不难看出，不论是估算分子的质量、估算分子的数目、估算分子的体积、估算分子的直径还是估算分子的平均距离，都离不开阿伏加德罗常数，足以见得阿伏加德罗常数对宏观量和微观量的重要作用。NA是联系宏观量和微观量的桥梁。课堂小结1.单分子油膜法测定分子大小是把分子想象成小球，利用球体的球直径方法测得的，实验过程中应注意减小不必要的误差的产生。2.分子大小的数量级是10-10m，分子其实很小但结构却相当复杂，我们要学会建立分子结构模型。3.阿伏加德罗常数是联系微观和宏观的桥梁，我们知道怎么运用其做相应计算。高考链接1.某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V，密度为ρ，每个分子的质量和体积分别为m和V0，则阿伏加德罗常数NA可表示为（）A.B.C.D.0VVNAmVNAmMNA0VMNABC解析A中，用物质的体积除以分子占据的平均空间得到的是分子的总个数，故A错。D中，用分子的摩尔质量除以物质质量，是物质的量的倒数，故D错。2.将1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液，已知1cm3的溶液有50滴，现取1滴油酸酒精溶液到水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一层单分子薄膜，已测出这一薄层的面积是0.2m2，由此可估测油酸分子的直径为m。5×10-10解析每滴油酸酒精溶液中油酸体积油酸分子直径mSVd10101052010.310610105012001mV课堂练习1.某学生在用油膜法测分子直径试验中，计算结果明显偏大，可能是由于（）A.油酸未完全散开B.油酸中含有大量酒精C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格D.求每滴体积时，1ml的溶液的滴数误多记了10滴AC解析如果油酸未完全散开，则不能形成单分子油膜，油膜厚度大于分子直径，测量结果偏大，A正确。油膜酒精溶液中酒精易溶解挥发，故不影响实验结果，B错误。计算油膜面积时，方格数不足半个的舍去，多余半个按一个计算，现舍去所有不足一个的，则油膜面积偏小，由计算出分子直径偏大，C正确。求每滴体积，误多记了10滴，则每滴体积测量结果偏小，分子直径计算结果偏小，D错误。SVd2.若已知阿伏加德罗常数，物质的摩尔质量，摩尔体积，则可以计算出（）A.固体物质分子的大小和质量B.液体分子的大小和质量C.气体分子的大小和质量D.气体分子的质量和分子间的平均距离ABD解析根据之前罗列的六个基本公式即可解出。3.房间地面表面积15m2，高3m，空气平均密度ρ=1.29kg/m3,空气平均摩尔质量M=2.9×10-2kg/mol，则该房间内空气的质量为______kg，空气分子间的平均距离为____________m。解析房间内体积房间内空气质量房间内空气分子分数每个空气分子占空间体积空气分子间平均距离33045315mmShVkgkgVm584529100.27223010211092100658...MNmnNNAA3273270110537102145mmNVV..mmVL932731103310537..583.3×10-94.已知铜的摩尔质量是6.4×10-2kg/mol,密度为8.9×103kg/m3,阿伏加德罗常数为6.0×1023mol-1，估算铜原子的直径为_________m（要求一位有效数字）。解析铜原子的直径mmNMdA1032332310310061098143104666....3×10-105.已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3，水的摩尔质量M=1.8×10-2kg/mol。求⑴1g水中含多少水分子？⑵水分子的质量是多少？⑶估算水分子的直径（取二位有效数字）解析⑴个⑵分子的质量kg⑶一个水分子的体积，将水分子视为球型，则，所以得到，于是ANMV2223231033100261081101...AANMmnNN262321003100261081...kgNMmA8343dVANMd361mNMdA103233231093100261001143108166.....6.已知金刚石的密度是3500kg/m3,有一小块金刚石，体积是5.7×10-8m3，此小块金刚石中含有多少个碳原子？设想金刚石中碳原子是紧密堆在一起的，估算碳原子的直径。解析碳原子个数:碳原子直径：22232810110026102110753500...AAANMVNMmnNNmNMdA10323231022100263500143102166....问题与练习1.设薄膜的质量为m,密度为ρ1，面积为S，厚度为d,盐水的密度为ρ2，薄膜在盐水中悬浮，表明薄膜和盐水的密度相等，ρ1=ρ2。又因为ρ1==，所以d===1.5×10-3m2.(1)设一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为V，则V==8×10-6mL(2)由题可知，油酸大约占108个小格，故油酸面积S=108×10-4m2=1.08×10-2m2VmSdmSm1m2-.1020101010211036233mL4106751(3)油酸分子的直径d==3.根据铜的密度ρ=8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量为6.4×10-2kg/mol，可知1m3铜的分子数为n=假设铜原子为球形，其直径为d，则1个铜原子所占的体积大约为d3。此有nd3=1，铜原子直径d=SVm2661008110108.m101047.2812323103781002610461098../..molmolkgkgNMmAmmn10328310321037811..4.设在标准状态下，一个氧气分子所占的空间为V，分子间的平均距离为r。所以，一个氧气分子所占的空间V0=分子间的平均距离r=ANVmNVVA32323301002610242..m910343.