【优化方案】高考物理二轮复习 专题十二 分子动理论 气体及热力学定律导学导练（含解析）.doc

分子动理论气体及热力学定律2015高考导航热点视角备考对策本讲考查的重点和热点：分子大小的估算；对分子动理论内容的理解；物态变化中的能量问题；气体实验定律的理解和简单计算；固、液、气三态的微观解释；热力学定律的理解和简单计算；用油膜法估测分子大小命题形式基本上都是小题的拼盘.由于本讲内容琐碎，考查点多，因此在复习中应注意抓好四大块知识：一是分子动理论；二是从微观角度分析固体、液体、气体的性质；三是气体实验三定律；四是热力学定律以四块知识为主干，梳理出知识点，进行理解性记忆.一、分子动理论1分子的大小(1)阿伏加德罗常数na6.021023 mol1.(2)分子体积：v0(占有空间的体积)(3)分子质量：m0.(4)油膜法估测分子的直径：d.(5)估算微观量的两种分子模型球体模型：直径为d.立方体模型：边长为d.2分子热运动的实验基础(1)扩散现象特点：温度越高，扩散越快(2)布朗运动特点：液体内固体小颗粒永不停息、无规则的运动，颗粒越小、温度越高，运动越剧烈3分子间的相互作用力和分子势能(1)分子力：分子间引力与斥力的合力分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快(2)分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加；当分子间距为r0时，分子势能最小二、固体、液体和气体1晶体、非晶体分子结构不同，表现出的物理性质不同其中单晶体表现出各向异性，多晶体和非晶体表现出各向同性2液晶是一种特殊的物质，既可以流动，又可以表现出单晶体的分子排列特点，在光学、电学物理性质上表现出各向异性3液体的表面张力使液体表面有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切4气体实验定律：气体的状态由热力学温度、体积和压强三个物理量决定(1)等温变化：pvc或p1v1p2v2.(2)等容变化：c或.(3)等压变化：c或.(4)理想气体状态方程：c或.三、热力学定律1物体的内能(1)内能变化温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子势能的变化(2)物体内能的决定因素2热力学第一定律(1)公式：uwq.(2)符号规定：外界对系统做功，w0，系统对外界做功，w0；系统从外界吸收热量，q0，系统向外界放出热量，q0.系统内能增加，u0，系统内能减少，u0.3热力学第二定律(1)表述一：热量不能自发地从低温物体传到高温物体(2)表述二：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响(3)揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，说明了第二类永动机不能制造成功热点一微观量的估算命题规律：微观量的估算问题在近几年高考中出现的较少，但在2015年高考中出现的概率较大，主要以选择题的形式考查下列两个方面：(1)宏观量与微观量的关系；(2)估算固、液体分子大小，气体分子所占空间大小和分子数目的多少1.若以表示水的摩尔质量，v表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，为在标准状态下水蒸气的密度，na为阿伏加德罗常数，m、分别表示每个水分子的质量和体积，下面五个关系式中正确的是()anabcmd e解析由na，故a、c对；因水蒸气为气体，水分子间的空隙体积远大于分子本身体积，即vna，d不对，而，b不对，e对答案ace2.某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前，查阅数据手册得知：油酸的摩尔质量m0.283 kgmol1，密度0.895103 kgm3.若100滴油酸的体积为1 ml，则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少？(取na6.021023 mol1，球的体积v与直径d的关系为vd3，结果保留一位有效数字)解析一个油酸分子的体积v分子直径d最大面积s代入数据得：s1101 m2.答案1101 m23.(2014潍坊二模)空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥，若有一空调工作一段时间后，排出液化水的体积v1.0103 cm3.已知水的密度1.0103 kg/m3、摩尔质量m1.8102 kg/mol，阿伏加德罗常数na6.01023 mol1.试求：(结果均保留一位有效数字)(1)该液化水中含有水分子的总数n；(2)一个水分子的直径d.解析水是液体，故水分子可以视为球体，一个水分子的体积公式为v0d3.(1)水的摩尔体积为v0该液化水中含有水分子的物质的量n水分子总数nnna由得n31025(个)(2)建立水分子的球模型有：d3得水分子直径d m41010 m.答案(1)31025个(2)41010 m方法技巧解决估算类问题的三点注意(1)固体、液体分子可认为紧靠在一起，可看成球体或立方体；气体分子只能按立方体模型计算所占的空间.(2)状态变化时分子数不变.(3)阿伏加德罗常数是宏观与微观的联系桥梁，计算时要注意抓住与其有关的三个量：摩尔质量、摩尔体积和物质的量.)热点二分子动理论和内能命题规律：分子动理论和内能是近几年高考的热点，题型为选择题分析近几年高考命题，主要考查以下几点：(1)布朗运动、分子热运动与温度的关系(2)分子力、分子势能与分子间距离的关系及分子势能与分子力做功的关系1.(2014唐山一模)如图为两分子系统的势能ep与两分子间距离r的关系曲线下列说法正确的是()a当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力b当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力c当r等于r1时，分子间势能ep最小d当r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做正功e当r等于r2时，分子间势能ep最小解析由图象知：rr2时分子势能最小，e对，c错；平衡距离为r2，rr2时分子力表现为斥力，a错，b对；r由r1变到r2的过程中，分子势能逐渐减小，分子力做正功，d对答案bde2.(2014长沙二模)下列叙述中正确的是()a布朗运动是固体小颗粒的运动，是液体分子的热运动的反映b分子间距离越大，分子势能越大；分子间距离越小，分子势能也越小c两个铅块压紧后能粘在一起，说明分子间有引力d用打气筒向篮球充气时需用力，说明气体分子间有斥力e温度升高，物体的内能却不一定增大解析布朗运动不是液体分子的运动，而是悬浮在液体中的小颗粒的运动，它反映了液体分子的运动，a正确；若取两分子相距无穷远时的分子势能为零，则当两分子间距离大于r0时，分子力表现为引力，分子势能随间距的减小而减小(此时分子力做正功)，当分子间距离小于r0时，分子力表现为斥力，分子势能随间距的减小而增大(此时分子力做负功)，故b错误；将两个铅块用刀刮平压紧后便能粘在一起，说明分子间存在引力，c正确；用打气筒向篮球充气时需用力，是由于篮球内压强在增大，不能说明分子间有斥力，d错误；物体的内能取决于温度、体积及物体的质量，温度升高，内能不一定增大，e正确答案ace3.对一定量的气体，下列说法正确的是()a气体的体积是所有气体分子的体积之和b气体的体积大于所有气体分子的体积之和c气体分子的热运动越剧烈，气体温度就越高d气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞产生的e当气体膨胀时，气体分子之间的势能减小，因而气体的内能减小解析气体分子间的距离远大于分子直径，所以气体的体积远大于所有气体分子体积之和，a项错，b项对；温度是物体分子平均动能大小的标志，是表示分子热运动剧烈程度的物理量，c项对；气体压强是由大量气体分子频繁撞击器壁产生的，d项对；气体膨胀，说明气体对外做功，但不能确定吸、放热情况，故不能确定内能变化情况，e项错误答案bcd方法技巧(1)分子力做正功，分子势能减小，分子力做负功，分子势能增大，两分子为平衡距离时，分子势能最小.(2)注意区分分子力曲线和分子势能曲线.)热点三热力学定律的综合应用命题规律：热力学定律的综合应用是近几年高考的热点，分析近三年高考，命题规律有以下几点：(1)结合热学图象考查内能变化与做功、热传递的关系，题型为选择题或填空题(2)以计算题形式与气体性质结合进行考查(3)对固体、液体的考查比较简单，备考中熟记基础知识即可1.(2014南昌一模)下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是()a第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律b能量耗散过程中能量不守恒c电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律d能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性e物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功解析由热力学第一定律知a正确；能量耗散是指能量品质降低，反映能量转化的方向性仍遵守能量守恒定律，b错误，d正确；电冰箱的热量传递不是自发，不违背热力学第二定律，c错误；在有外界影响的情况下，从单一热源吸收的热量可以全部用于做功，e正确答案ade2.某同学给四只一样的气球充入了质量相同的空气(视为理想气体)，分两排并列放在光滑的水平面上，再在上面放一轻质硬板，而后他慢慢地站到硬板上，在此过程中气球未爆，且认为气球中气体温度不变，外界对气球中的气体做了6 j的功，则此过程中气球_(填“吸收”或“放出”)的热量为_j；若换上另外一个人表演时，某个气球突然爆炸，则该气球内的气体的内能_(填“增大”或“减小”)，气体的温度_(填“升高”或“降低”)解析(1)气体温度不变，则u0由热力学第一定律uqw得quw06 j6 j即气球放出6 j的热量(2)气球爆炸，气体膨胀对外做功，内能减小，温度降低答案放出6减小降低3.(2013高考江苏卷)如图所示，一定质量的理想气体从状态a依次经过状态b、c和d后再回到状态a.其中，ab和cd为等温过程，bc和da为绝热过程(气体与外界无热量交换)这就是著名的“卡诺循环”(1)该循环过程中，下列说法正确的是_aab过程中，外界对气体做功bbc过程中，气体分子的平均动能增大ccd过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多dda过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化(2)该循环过程中，内能减小的过程是_(选填“ab”、“bc”、“cd”或“da”)若气体在ab过程中吸收63 kj的热量，在cd过程中放出38 kj的热量，则气体完成一次循环对外做的功为_kj.(3)若该循环过程中的气体为1 mol，气体在a状态时的体积为10 l，在b状态时压强为a状态时的.求气体在b状态时单位体积内的分子数(已知阿伏加德罗常数na6.01023 mol1，计算结果保留一位有效数字)解析(1)在ab的过程中，气体体积增大，故气体对外界做功，选项a错误；bc的过程中，气体对外界做功，w0，且为绝热过程，q0，根据uqw，知u0，即气体内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，选项b错误；cd的过程中，气体体积减小，单位体积内的分子数增多，故单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，选项c正确；da的过程为绝热压缩，故q0，w0，根据uqw，u0，即气体的内能增加，温度升高，所以气体分子的速率分布曲线发生变化，选项d错误(2)从ab、cd的过程中气体做等温变化，理想气体的内能不变，内能减小的过程是bc，内能增大的过程是da.气体完成一次循环时，内能变化u0，热传递的热量qq1q2(6338)kj25 kj，根据uqw，得wq25 kj，即气体对外做功25 kj.(3)从ab气体为等温变化，根据玻意耳定律有pavapbvb，所以vb15 l.所以单位体积内的分子数n l141022 l141025 m3.答案(1)c(2)bc25(3)41025 m3方法技巧热力学第一定律的应用技巧(1)应用热力学第一定律时，一要注意各符号正负的规定，二要注意改变内能的两种方式：做功和热传递.不能认为物体吸热(或外界对物体做功)，物体的内能就一定增加.(2)若研究对象为气体，对气体做功的正负由气体的体积决定，气体体积增大，气体对外做功，w0.)对气体实验定律和气态方程的考查命题规律：气体实验定律是每年的必考内容，形式多为计算题，题目综合难度较大，可结合气体压强的微观解释、热力学第一定律、气体图象进行命题压强是联系力学参量与热学参量的桥梁，对气体图象要联系气态方程理解斜率、面积、交点等的含义解析理想气体发生等压变化设封闭气体压强为p，分析活塞受力有psmgp0s(1分)设气体初态温度为t，活塞下降的高度为x，系统达到新的平衡，由盖吕萨克定律(2分)解得xh(1分)又因系统绝热，即q0(1分)外界对气体做功为wpsx(1分)根据热力学第一定律uqw(2分)所以u(mgp0s)h.(1分)答案h(mgp0s)h方法总结应用气体实验定律的解题思路(1)选择对象某一定质量的理想气体；(2)找出参量气体在始末状态的参量p1、v1、t1及p2、v2、t2；(3)认识过程认清变化过程是正确选用物理规律的前提；(4)列出方程选用某一实验定律或气态方程，代入具体数值求解，并讨论结果的合理性.,若为两部分气体，除对每部分气体作上述分析外，还要找出它们始末状态参量之间的关系，列式联立求解.)最新预测1(2014唐山一模)一密闭容器有进气口和出气口可以和外部连通，将进气口和出气口关闭，此时容器内容积为v0，内部封闭气体的压强为p0，将气体缓慢加热，使气体温度由t0300 k升至t1350 k.(1)求此时气体的压强；(2)保持t1350 k不变，缓慢由出气口抽出部分气体，使气体压强再变回到p0.求容器内剩余气体的质量与原来总质量的比值解析：(1)设升温后气体的压强为p1，由查理定律得代入数据得p1p0.(2)抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为v，由玻意耳定律得p1v0p0v联立解得vv0设剩余气体的质量与原来总质量的比值为k，由题意得k联立解得k.答案：(1)p0(2)最新预测2(2014南昌一模)在大气中有一水平放置的固定圆筒，它由a、b和c三个粗细不同的部分连接而成，各部分的横截面积分别为2s、s和s.已知大气压强为p0，温度为t0.两活塞a和b用一根长为4l的不可伸长的轻杆相连，把温度为t0的空气密封在两活塞之间，此时两活塞的位置如图所示现对被密封的气体加热，其温度缓慢上升到t，若活塞与圆筒壁之间的摩擦可忽略，此时两活塞之间气体的压强为多少？解析：开始升温过程中封闭气体做等压膨胀，直至b活塞左移l为止设b刚好左移l距离对应的温度为t，则得tt0所以，若tt0时，pp0若tt0时，由得pp0.答案：若tt0时，pp0；若tt0时，pp01以下说法正确的是()a分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小b布朗运动反映了花粉小颗粒内部分子的无规则运动c空中下落的雨滴呈球形是因为液体有表面张力d饱和汽是指液体不再蒸发，蒸汽不再液化时的状态 e所有晶体都有固定的熔点和沸点解析：选ace.当分子间距增大时，分子间的引力和斥力都减小，只是斥力减小得更快，a正确；布朗运动是悬浮在液体中的花粉小颗粒的无规则运动，它是液体分子不停地撞击花粉小颗粒造成的，反映了液体内部分子运动的无规则性，而不是花粉小颗粒内部分子的无规则运动，选项b错误；由于表面张力的作用，雨滴的表面积要缩小到最小，体积一定时，球表面积最小，c正确；饱和汽指蒸发和液化处于动态平衡，d错误；晶体都有固定的熔点和沸点，e正确2如图所示，绝热汽缸水平放置在光滑的水平桌面上，绝热活塞与一端固定在竖直墙面上的轻质弹簧相连，弹簧处于自然状态，汽缸不漏气且不计汽缸内气体的分子势能由于外界天气变化，大气压强缓慢降低则下列说法中正确的是()a汽缸内的气体对外做功，温度降低b汽缸内的气体对外做功，弹簧缩短c外界对气缸内的气体做负功d汽缸内的气体没有从外界吸收热量，内能不变e汽缸内气体单位时间撞击在单位面积上的分子数目减少解析：选ace.对于系统，地面光滑，由共点力平衡条件可知弹簧弹力始终为零，故b错误；大气压强缓慢降低，气体压强减小，可知e正确，由气体状态方程可知，体积增大，气体对外做功，而汽缸、活塞绝热，根据热力学第一定律可知，内能减少，温度降低，故a、c正确，d错误；正确答案为ace.3(2014高考大纲全国卷)对于一定量的稀薄气体，下列说法正确的是()a压强变大时，分子热运动必然变得剧烈b保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈c压强变大时，分子间的平均距离必然变小d压强变小时，分子间的平均距离可能变小解析：选bd.压强变大时，气体的温度不一定升高，分子的热运动不一定变得剧烈，故选项a错误；压强不变时，若气体的体积增大，则气体的温度会升高，分子热运动会变得剧烈，故选项b正确； 压强变大时，由于气体温度不确定，则气体的体积可能不变，可能变大，也可能变小，其分子间的平均距离可能不变，也可能变大或变小，故选项c错误；压强变小时，气体的体积可能不变，可能变大也可能变小，所以分子间的平均距离可能不变，也可能变大或变小，故选项d正确4(2014高考新课标全国卷)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其pt图象如图所示下列判断正确的是()a过程ab中气体一定吸热b过程bc中气体既不吸热也不放热c过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热da、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小eb和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同解析：选ade.由pt图象可知过程ab是等容变化，温度升高，内能增加，体积不变，由热力学第一定律可知过程ab一定吸热，选项a正确；过程bc温度不变，即内能不变，由于过程bc体积增大，所以气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，选项b错误；过程ca压强不变，温度降低，内能减少，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，放出的热量一定大于外界对气体做的功，选项c错误；温度是分子平均动能的标志，由pt图象可知，a状态气体温度最低，则平均动能最小，选项d正确；b、c两状态温度相等，分子平均动能相等，由于压强不相等，所以单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，选项e正确5(2014贵阳测试)下列说法正确的是()a将大颗粒的盐磨成细盐，细盐还是属于晶体b满足能量守恒定律的宏观过程都是可以自发进行的c0 的冰熔化成0 的水，其分子热运动的平均动能仍然不变d布朗运动就是液体分子的无规则运动，液体温度越高，布朗运动越激烈e宇航员王亚平在太空中制作的水球呈球形是因为失重和水的表面张力作用的结果解析：选ace.磨成细盐，未改变晶体点阵，故a正确；热现象的宏观过程都具有方向性，故b错误；0 的冰和水，分子平均动能相同，c正确，布朗运动是固体小颗粒的运动，故d错；在失重的环境中，表面张力使液体呈球形，e正确6下列说法中正确的是()a已知水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏加德罗常数b布朗运动说明分子在永不停息地做无规则运动c两个分子由很远(r109 m)距离减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先减小后增大，分子势能不断增大d露珠呈球状是由于液体表面张力的作用e物体的温度升高，则物体中所有分子的分子动能都增大解析：选abd.na，故a正确；布朗运动是分子热运动的实验基础，b正确；当rr0时，分子力为0，两分子从很远到很近，分子力先减小后增大，分子势能先减小后增大，c错误；表面张力使液体表面积最小为球形，d正确；物体的温度升高，分子的平均动能增大，并不是所有分子动能都增大，e错7(1)重庆出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)_a压强增大，内能减小b吸收热量，内能增大c压强变大，分子平均动能增大d对外做功，分子平均动能减小e对外不做功，分子平均动能增大(2)“拔火罐”是一种中医疗法，为了探究“火罐”的“吸力”，某人设计了如图实验圆柱状汽缸(横截面积为s)被固定在铁架台上，轻质活塞通过细线与重物m相连，将一团燃烧的轻质酒精棉球从缸底的开关k处扔到汽缸内，酒精棉球熄灭时(设此时缸内温度为t )密闭开关k，此时活塞下的细线刚好拉直且拉力为零，而这时活塞距缸底为l.由于汽缸传热良好，重物被吸起，最后重物稳定在距地面l/10处已知环境温度为27 不变，mg/s与1/6大气压强相当，汽缸内的气体可看做理想气体，求t值解析：(1)储气罐内气体体积及质量均不变，温度升高，气体从外界吸收热量，分子平均动能增大，内能增大，压强变大因气体体积不变，故外界对气体不做功，b、c、e正确(2)对汽缸内封闭气体研究，状态：p1p0，v1ls，t1(273t) k状态：p2p0p0，v2ls，t2300 k由理想气体状态方程：，故t127 .答案：(1)bce(2)127 8(1)关于一定量的气体，下列说法正确的是_a气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，而不是该气体所有分子体积之和b只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低c在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零d气体从外界吸收热量，其内能一定增加e气体在等压膨胀过程中温度一定升高(2)如图，a容器容积为10 l，里面充满12 atm、温度为300 k的理想气体，b容器是真空，现将a中气体温度升高到400 k，然后打开阀门s，将a中的气体释放一部分到b容器，当a容器内压强降到4 atm时，关闭阀门，这时b容器内的压强是3 atm.不考虑气体膨胀过程中温度的变化，求b容器的容积解析：(1)气体分子在空间可自由移动，因此气体体积应是气体分子所能到达的空间，选项a正确；分子热运动的剧烈程度与温度有关，温度越高，分子运动越剧烈，选项b正确；气体压强的大小等于气体作用在器壁单位面积上的压力，与失、超重无关，选项c错误；气体吸收热量的同时可对外做功，内能不一定增加，选项d错误；气体等压膨胀，由可知温度一定升高，选项e正确(2)设a容器容积为va，温度t0300 k时，压强为p0；温度升高到t1400 k时，压强为p1，根据查理定律有解得p116 atm对于气体膨胀过程，为等温变化，以膨胀后a中气体为研究对象，初态：p116 atm体积为v1末态：p24 atmv210 l根据玻意耳定律有p1v1p2v2解得v12.5 l.对b中气体初态：p16 atmvvav17.5 l末态：p3 atmvvb同理有pvpv解得vbv40 l.答案：(1)abe(2)40 l9(2014高考新课标全国卷)(1)下列说法正确的是_a悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动b空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果c彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点d高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故e干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果(2)如图，两汽缸a、b粗细均匀、等高且内壁光滑，其下部由体积可忽略的细管连通；a的直径是b的2倍，a上端封闭，b上端与大气连通；两汽缸除a顶部导热外，其余部分均绝热两汽缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b，活塞下方充有氮气，活塞a上方充有氧气当大气压为p0、外界和汽缸内气体温度均为7 且平衡时，活塞a离汽缸顶的距离是汽缸高度的，活塞b在汽缸的正中间现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞b恰好升至顶部时，求氮气的温度；继续缓慢加热，使活塞a上升当活塞a上升的距离是汽缸高度的时，求氧气的压强解析：(1)悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了水分子的热运动，而不是反映花粉分子的热运动，选项a错误由于表面张力的作用使液体表面的面积收缩，使小雨滴呈球形，选项b正确液晶的光学性质具有各向异性，彩色液晶显示器就利用了这一性质，选项c正确高原地区水的沸点较低是因为高原地区的大气压强较小，水的沸点随大气压强的降低而降低，选项d错误由于液体蒸发时吸收热量，温度降低，所以湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，选项e正确