第一章分子动理论（原卷版）

第一章分子动理论1分子动理论的基本内容一、物体是由大量分子组成的1．物体是由大量分子组成的．2．阿伏加德罗常数(1)定义：1mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量用阿伏加德罗常数表示．(2)大小：NA＝×1023mol－1.3．与阿伏加德罗常数相关的物理量宏观量：摩尔质量M、摩尔体积Vmol、物质的质量m、物质的体积V、物质的密度ρ；微观量：单个分子的质量m0、单个分子的体积V0；其中密度ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(M,Vmol)，但是切记ρ＝eq\f(m0,V0)是没有物理意义的．4．微观量与宏观量的关系(1)分子质量：m0＝eq\f(M,NA)＝eq\f(ρVmol,NA).(2)分子体积：V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(M,ρNA)(适用于固体和液体)．(对于气体，V0表示每个气体分子所占空间的体积)(3)物质所含的分子数：N＝nNA＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(V,Vmol)NA.二、两种分子模型1．球体模型固体和液体可看作一个一个紧挨着的球形分子排列而成，忽略分子间空隙，如图甲所示．d＝eq\r(3,\f(6V0,π))＝eq\r(3,\f(6Vmol,πNA))(V0为分子体积)．2．立方体模型气体分子间的空隙很大，把气体分成若干个小立方体，气体分子位于每个小立方体的中心，每个小立方体是每个气体分子平均占有的活动空间，忽略气体分子的大小，如图乙所示．d＝eq\r(3,V0)＝eq\r(3,\f(Vmol,NA))(V0为每个气体分子所占据空间的体积)．三、分子热运动1．扩散(1)定义：不同种物质能够彼此进入对方的现象．(2)产生原因：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的．(3)意义：扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证据之一．(4)应用：生产半导体器件时，在高温条件下通过分子的扩散，在纯净半导体材料中掺入其他元素．(5)扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的．(6)气体物质的扩散现象最显著；常温下物质处于固态时扩散现象不明显．(7)扩散现象发生的显著程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著，这表明温度越高，分子运动得越剧烈．(8)分子运动的特点①永不停息；②无规则．2．布朗运动(1)定义：悬浮微粒的无规则运动．(2)产生原因：悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显，并且微粒越小，它的质量越小，其运动状态越容易被改变，布朗运动越明显．(3)意义：间接地反映液体分子运动的无规则性．(4)影响因素①悬浮的微粒越小，布朗运动越明显．②温度越高，布朗运动越激烈．3．热运动(1)定义：分子永不停息的无规则运动．(2)温度是分子热运动剧烈程度的标志．(3)分子的“无规则运动”，是指由于分子之间的相互碰撞，每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化．(4)热运动是对于大量分子的整体而言的，对个别分子无意义．(5)分子热运动的剧烈程度虽然受到温度影响，温度高分子热运动快，温度低分子热运动慢，但分子热运动永远不会停息．【特别提醒】布朗运动与热运动的区别与联系布朗运动热运动不同点研究对象固体微粒分子观察难易程度可以在显微镜下看到，肉眼看不到在显微镜下看不到相同点①无规则；②永不停息；③温度越高越激烈联系周围液体(或气体)分子的热运动是布朗运动产生的原因，布朗运动反映了分子的热运动说明：分子无规则的运动，不是宏观物体的机械运动，二者无关系.四、分子间的作用力1．分子间有空隙(1)气体分子间有空隙：气体很容易被压缩，说明气体分子之间存在着很大的空隙．(2)液体分子间有空隙：水和酒精混合后总体积变小，说明液体分子之间存在着空隙．(3)固体分子间有空隙：压在一起的金块和铅块，各自的分子能扩散到对方的内部，说明固体分子之间也存在着空隙．2．分子间的作用力(1)分子间的作用力F跟分子间距离r的关系如图所示．图①当r＜r0时，分子间的作用力F表现为斥力．②当r＝r0时，分子间的作用力F为0；这个位置称为平衡位置．③当r＞r0时，分子间的作用力F表现为引力．(2)产生原因：由原子内部的带电粒子的相互作用引起的．3．对分子间作用力的理解分子间的作用力是分子引力和分子斥力的合力，且分子引力和分子斥力是同时存在的．4．对分子力与分子间距离变化关系的理解(1)r0的意义分子间距离r＝r0时，引力与斥力大小相等，分子力为零，所以分子间距离等于r0(数量级为10－10m)的位置叫平衡位置．(2)分子间的引力、斥力和分子力随分子间距离变化的图像如图所示．在r轴上方，分子间的作用力表现为斥力；在r轴下方，分子间的作用力表现为引力．①分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小且斥力变化得快．②实际表现的分子力是引力和斥力的合力．③当r<r0时，分子力随分子间距离的增大而减小；当r>r0时，分子力随分子间距离的增大先增大后减小．【特别提醒】外力作用下三种状态表现不同的原因1．外力作用下固体很难被压缩的原因是分子间存在斥力；很难被拉伸的原因是分子间存在引力．2．外力作用下液体很难被压缩的原因是分子间存在斥力．3．外力作用下气体很容易被压缩的原因是分子间有空隙，气体压缩到一定程度后较难再被压缩，是气体压强的原因．五、分子动理论1．分子动理论：把物质的热学性质和规律看作微观粒子热运动的宏观表现而建立的理论．2．基本内容(1)物体是由大量分子组成的．(2)分子在做永不停息的无规则运动．(3)分子之间存在着相互作用力．2实验：用油膜法估测油酸分子的大小一、实验思路把1滴油酸酒精溶液滴在水面上，水面上会形成一层油膜，油膜是由单层油酸分子中的烃基C17H33组成．把分子简化为球形处理，并认为它们紧密排布，测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径，即油酸分子的直径等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与它在水面上摊开的面积S之比，如图1所示．图1二、实验器材配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、水、爽身粉(或细石膏粉)、注射器、烧杯、玻璃板、彩笔、坐标纸．三、物理量的测量1．测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V.(1)配制一定浓度的油酸酒精溶液．(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数．(3)用它们的总体积除以总滴数，得到1滴油酸酒精溶液的体积．(4)根据溶液浓度计算其所含纯油酸的体积V.2．测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S.(1)在浅盘里盛上水，一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另一只手拍打，将爽身粉均匀地撒在水面上．(2)用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液形成一块有轮廓的油膜．(3)待油膜形状稳定后，将事先准备好的带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的形状．(4)根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个．(5)把正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S.四、数据分析1．用1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和该油膜面积S计算出油膜厚度，即油酸分子的直径d＝eq\f(V,S).2．除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10－10m.五、注意事项1油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免浓度改变，造成较大的实验误差．2．实验前应注意检查浅盘是否干净，爽身粉(或细石膏粉)应均匀撒在水面上．3．向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成．4．待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓．5．计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个．3分子运动速率分布规律一、统计规律1．必然事件：在一定条件下必然出现的事件．2．不可能事件：在一定条件下不可能出现的事件．3．随机事件：在一定条件下可能出现，也可能不出现的事件．4．统计规律：大量随机事件的整体往往会表现出一定的规律性，这种规律就叫作统计规律．二、气体分子运动的特点1．气体分子间距离大约是分子直径的10倍左右，通常认为除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子不受力的作用，做匀速直线运动．2．在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有，而且向各个方向运动的气体分子数目几乎相等．3．对统计规律的理解(1)个别事件的出现具有偶然因素，但大量事件出现的机会却遵从一定的统计规律．(2)从微观角度看，由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调，单独来看，各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性，但从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律．4．气体分子运动的特点(1)气体分子间的距离很大，大约是分子直径的10倍，因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子不受力的作用，在空间自由移动．所以气体没有确定的形状和体积，其体积等于容器的容积．(2)分子的运动杂乱无章，在某一时刻，气体分子沿各个方向运动的机会(机率)相等．(3)每个气体分子都在做永不停息的无规则运动，常温下大多数气体分子的速率都达到数百米每秒，在数量级上相当于子弹的速率．三、分子运动速率分布图像温度越高，分子的热运动越剧烈．大量气体分子的速率呈“中间多、两头少”的规律分布．当温度升高时，速率大的分子比例比较多，平均速率较大．1．温度越高，分子热运动越剧烈．2．气体分子速率呈“中间多、两头少”的规律分布．当温度升高时，某一分子在某一时刻它的速率不一定增加，但大量分子的平均速率一定增加，而且“中间多”的分子速率值增加(如图所示)．四、气体压强的微观解释1．气体压强的产生原因：大量气体分子不断撞击器壁的结果．2．气体的压强：器壁单位面积上受到的压力．3．微观解释：(1)某容器中气体分子的平均速率越大，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力越大．(2)容器中气体分子的数密度大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，平均作用力也会较大．4．气体压强的产生单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就会对器壁产生持续、均匀的压力，所以从分子动理论的观点来看，气体的压强等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．5．决定气体压强大小的因素(1)微观因素①与气体分子的数密度有关：气体分子数密度(即单位体积内气体分子的数目)越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大．②与气体分子的平均速率有关：气体的温度越高，气体分子的平均速率就越大，每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大．(2)宏观因素①与温度有关：体积一定时，温度越高，气体的压强越大．②与体积有关：温度一定时，体积越小，气体的压强越大．6．气体压强与大气压强的区别与联系气体压强大气压强区别①因密闭容器内的气体分子的数密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生②大小由气体分子的数密度和温度决定，与地球的引力无关③气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的①由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强．如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压强②地面大气压强的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值③大气压强最终也是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强联系两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而产生的4分子动能和分子势能一、分子动能1．分子动能：由于分子永不停息地做无规则运动而具有的能量．2．分子的平均动能所有分子热运动动能的平均值．物体的温度是它的分子热运动的平均动能的标志．4．单个分子的动能(1)定义：组成物体的每个分子都在不停地做无规则运动，因此分子具有动能．(2)由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也可能是不同的，所以单个分子的动能没有意义．5．分子的平均动能(1)定义：物体内所有分子的动能的平均值．(2)决定因素：物体的温度是分子热运动的平均动能的标志．温度升高的物体，分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，个别分子的动能可能减小或不变，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的．6．物体内分子的总动能物体内分子运动的总动能是指所有分子热运动的动能总和，它等于分子热运动的平均动能与分子数的乘积，物体内分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关．二、分子势能1．分子势能：由分子间的相对位置决定的能．2．分子势能Ep随分子间距离r变化的情况如图所示．当r＝r0时，分子势能最小．3．决定因素(1)宏观上：分子势能的大小与物体的体积有关．(2)微观上：分子势能的大小与分子之间的距离有关．4．分子力、分子势能与分子间距离的关系(如图所示)分子间距离rr＝r0r>r0r<r0分子力F等于零表现为引力表现为斥力分子力做功W分子间距增大时，分子力做负功分子间距减小时，分子力做负功分子势能Ep最小随分子间距的增大而增大随分子间距的减小而增大由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化．分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关．3．分子势能的影响因素(1)宏观上：分子势能跟物体的体积有关．(2)微观