第一节 物质是由大量分子组成的

第一章

分子动理论第一节物质是由大量分子组成的核心素养导学物理观念(1)知道物体是由大量分子组成的。(2)学会用油膜法估测油酸分子的大小。(3)知道阿伏伽德罗常量的意义和应用。科学思维应用阿伏伽德罗常量进行微观量的估算。科学探究利用油膜法估测油酸分子的大小。科学态度与责任在原子—分子水平上认识物质的结构和性质，知道微观领域的探索对自然科学发展的意义。一、分子的大小1．分子的大小：分子很小，用肉眼无法直接看到，用高倍的光学显微镜也看不到，可以用能放大上亿倍的扫描隧道显微镜观察到。2．分子直径的数量级通常是_________。10－10m2．实验器材清水、_____、油酸、浅盘(边长约为30～40cm)、滴管(或注射器)、烧杯、______________、彩笔、________、坐标纸、容量瓶(500mL)。酒精透明塑料盖板痱子粉(3)向浅水盘中倒入清水，在水面上轻轻而均匀地撒一层_______，用滴管在其上滴一滴油酸酒精溶液。待油层不再扩散、形状稳定时，就近似形成了单分子油膜。(4)将透明塑料盖板盖在浅水盘上，用彩笔描绘出____________。(5)将描有油酸薄膜轮廓的塑料盖板放在_______上，算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位，数出轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)。(6)根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，根据纯油酸的________和油膜的________算出油酸分子的直径。痱子粉油膜的轮廓坐标纸体积V面积S三、阿伏伽德罗常量1．定义：1mol的任何物质所含的分子(或原子)数目都_____，这个数目称为阿伏伽德罗常量。2．数值：NA＝__________

mol－1。3．意义：阿伏伽德罗常量是一个重要的常量，它是联系____________、__________等宏观物理量与分子质量、分子_____等微观物理量的桥梁，在定量研究热现象时常会用到它。相同6.02×1023摩尔质量摩尔体积大小1.如图所示，是一片叶子在放大不同倍数的照片。(1)放大700倍看到的是叶片分子吗？(2)放大50000000倍看到的是叶片分子吗？提示：(1)不是。(2)不是。2．如图是“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验装置，判断以下说法的正误：(1)用油膜法可以精确测量油酸分子的大小。

()(2)油酸分子直径等于纯油酸体积除以相应油酸膜面积。

()(3)计算油酸膜面积时，应舍去所有不足一格的方格。

(

)×√×3．摩尔是物质的量的单位，每摩尔含有阿伏伽德罗常量个微粒。摩尔在古希腊叫作“堆量”，摩尔就是“一堆”的意思。不过1摩尔比一堆土豆、一堆石块的数量大得多。(1)阿伏伽德罗常量是一个很大的数值，它究竟有多大呢？提示：6.02×1023mol－1。(2)阿伏伽德罗常量有什么重要作用？提示：它把物体的质量、体积这些宏观量与分子质量、分子大小这些微观量联系起来了。(3)为什么用这么大的数值来联系宏观量和微观量呢？提示：因为单个分子的质量和体积太小了。新知学习(一)|分子的大小及估算方法[任务驱动](1)为什么说阿伏伽德罗常量是联系宏观量与微观量的桥梁？提示：阿伏伽德罗常量把摩尔质量、摩尔体积这些宏观量与分子质量、分子体积这些微观量联系起来了，所以说阿伏伽德罗常量是联系宏观量和微观量的桥梁。(2)摩尔体积等于阿伏伽德罗常量乘以分子体积，对于任何物质都成立吗？为什么？提示：不一定都成立。固体和液体可忽略分子间隙，故摩尔体积等于阿伏伽德罗常量乘以分子体积只对固体和液体成立，对气体不成立。

[重点释解]1．分子的大小(1)分子直径的数量级一般为10－10m。(2)分子体积的数量级一般为10－29m3。(3)分子质量的数量级一般为10－26kg。(4)分子如此微小，用高倍光学显微镜也看不到，直到1982年人们研制了能放大几亿倍的扫描隧道显微镜，才观察到物质表面原子的排列。[典例体验][典例]很多轿车中设有安全气囊以保障驾乘人员的安全，轿车在发生一定强度的碰撞时，利用三氮化钠(NaN3)爆炸产生气体(假设都是N2)充入气囊。若氮气充入后安全气囊的容积V＝56L，囊中氮气密度ρ＝2.5kg/m3，已知氮气摩尔质量M＝0.028kg/mol，阿伏伽德罗常量NA＝6×1023mol－1，试估算：(1)囊中氮气分子的总个数N；(2)囊中氮气分子间的平均距离。(结果保留一位有效数字)/方法技巧/微观量的求解方法(1)阿伏伽德罗常量是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带。(2)建立合适的物理模型，通常把固体、液体分子模拟为球体或小立方体，气体分子所占据的空间则建立立方体模型。[针对训练]1．由下列物理量可以算出氧气的摩尔质量的是

(

)A．氧气分子的质量和阿伏伽德罗常量B．氧气分子的体积和氧气分子的质量C．氧气的密度和阿伏伽德罗常量D．氧气分子的体积和氧气的密度解析：1mol氧气分子的质量是摩尔质量，1mol氧气含有6.02×1023(阿伏伽德罗常量)个分子，已知氧气分子的质量和阿伏伽德罗常量，可以求出氧气的摩尔质量，故A正确；其余三项所给物理量均不能求出氧气的摩尔质量，故B、C、D错误。答案：A

2．误差分析

产生原因减小方法偶然误差测量油膜面积不准确使用的坐标纸的方格要小一些，待液面稳定后再测量面积系统误差油膜的厚度不是单分子排列使油酸酒精溶液的浓度小一些(4)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦拭，再用清水冲洗，这样做可保持盘的清洁。(5)从盘的中央加痱子粉，粉自动扩散至均匀，这主要是由于加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开。这样做比将粉直接撒在水面上的效果好。(6)本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。[典例体验][典例]某小组同学在实验室做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验时，实验的方法及步骤如下：①向体积V油＝1mL的油酸中加酒精，直至总量达到V总＝500mL；②用注射器吸取一段①中配制好的油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积为V0＝1mL，把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数n＝100滴；③往边长为30～40cm的浅盘里倒入2cm深的水，将爽身粉均匀地撒在水面上；④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜的形状；⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，数出轮廓范围内的小方格的个数，小方格的边长l＝20mm。根据以上信息，回答下列问题：(1)该同学有遗漏的实验步骤是________，其正确做法是____________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V′是______________mL。(3)油酸分子的直径d＝______m(保留一位有效数字)。(4)若爽身粉撒得过厚，则会使分子直径的测量结果偏______(填“大”或“小”)。[答案]

(1)④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸膜形状稳定后，再将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜的形状(2)2×10－5

(3)5×10－10

(4)大

[针对训练]1．在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，以下给出的是可能的操作步骤，把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写在横线上________，并请补充实验步骤D中的计算式。A．将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长1cm的正方形为单位，计算出轮廓内正方形的个数n。B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定。C．用浅盘装入约2cm深的水，然后将爽身粉均匀地撒在水面上。D．用测量的物理量估算出油酸分子的直径d＝______。E．用注射器将事先配好的体积浓度为0.05%的油酸酒精溶液逐滴滴入烧杯，记下滴入的溶液体积V0与滴数N。F．将玻璃板放在浅盘上，用笔将薄膜的外围形状描画在玻璃板上。2．某同学做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验，实验中所用油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有纯油酸0.6mL，用注射器向烧杯内滴50滴上述溶液，注射器中的溶液体积减少1mL，若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示。(1)若每一小方格的边长为20mm，则油酸薄膜的面积约为________m2；(2)一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为______________m3；(3)由以上数据，估算出油酸分子的直径d＝________m(保留一位有效数字)。一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

科学思维——分子质量和直径的估算1．(选自鲁科版教材“物理聊吧”)根据水分子的分子量、阿伏伽德罗常量和水的密度，可估算水分子的质量和直径。用这种方法能否估算氢气中氢分子的质量和直径？

科学探究——薄膜厚度的测量2．(选自人教版教材课后练习)把一片很薄的均匀塑料薄膜放在盐水中，调节盐水的密度，使薄膜能在盐水中悬浮，此时盐水的密度为1.2×103kg/m3。用天平测出尺寸为10cm×20cm的这种塑料薄膜的质量是36g，请计算薄膜的厚度。二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1．如图所示，科学家在铜表面将48个铁原子排成圆圈，形成半径为7.13nm的“原子围栏”，相邻铁原子间有间隙。估算铁原子平均间隙的大小，结果保留一位有效数字。(已知铁的密度是7.8×103kg/m3，摩尔质量是5.6×10－2kg/mol，阿伏伽德罗常量NA＝6.02×1023mol－1)2．某同学在实验室做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，已知每1×104mL油酸酒精溶液中有纯油酸6mL，用注射器抽得上述溶液2mL，现缓慢地滴出1mL溶液，共有液滴数为50滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘中，在刻有小正方形方格的玻璃板上描出油膜的轮廓如图所示，小正方形方格的边长为