专题69分子动理论固体与液体

2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练专题69分子动理论、固体与液体导练目标导练内容目标1分子的大小目标2扩散现象、布朗运动和热运动目标3分子力和分子势能目标4用油膜法估测分子大小目标5固体和液体【知识导学与典例导练】分子的大小1.两种分子模型物质有固态、液态和气态三种情况,不同物态下应将分子看成不同的模型。(1)固体、液体分子一个一个紧密排列,可将分子看成球形或立方体形,如图所示,分子间距等于小球的直径或立方体的棱长,所以d=36Vπ(球体模型)或(2)气体分子不是一个一个紧密排列的,它们之间的距离很大,所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间,如图所示,此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体,所以d=3V提醒:对于气体,利用d=3V2.微观量与宏观量间的关系微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。宏观量:物体的体积V、摩尔体积Vm、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ。(1)分子的质量:m0=MN(2)分子的体积:V0=Vm(3)物体所含的分子数:N=VVm·NA=mρVm·NA或N=mM·NA【例1】如图所示为食盐晶体结构中钠离子和氯离子的空间分布的示意图，图中相邻离子的中心用线连起来了，组成了一个个大小相等的立方体。已知食盐的密度为，食盐的摩尔质量为M，阿伏加德罗常数NA，食盐晶体中两个最近的钠离子中心间的距离为（）A． B．C． D．【答案】D【详解】1mol的氯化钠的体积为由题可知1mol氯化钠的离子组成的立方体个数为2NA，所以每个小立方体体积为每个小立方体的边长为则相邻的钠离子中心间的距离为故选D。【例2】某气体的摩尔质量是M，标准状态下的摩尔体积为V，阿伏加德罗常数为NA，下列叙述中正确的是（）A．该气体在标准状态下的密度为B．该气体每个分子的质量为C．每个气体分子在标准状态下的体积为D．该气体单位体积内的分子数为【答案】B【详解】A．摩尔质量除摩尔体积等于密度，该气体在标准状态下的密度为，故A错误；B．每个气体分子的质量为摩尔质量与阿伏加德罗常数的比值，即，故B正确；C．由于分子间距的存在，每个气体分子的体积远小于，故C错误；D．气体分子数密度等于阿伏加德罗常数再除以标准状态的体积V，即，故D错误。故选B。扩散现象、布朗运动和热运动1.扩散现象、布朗运动与热运动的比较现象扩散现象布朗运动热运动活动主体分子固体微小颗粒分子区别是分子的运动,发生在任何两种物质之间是比分子大得多的颗粒的运动,只能在液体、气体中发生是分子的运动,不能通过光学显微镜直接观察到共同点(1)都是无规则运动;(2)都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动2.气体分子的速率分布气体分子的速率呈“中间多、两头少”分布。【例3】对下列实验或现象的理解正确的是（）A．甲图中烧热的铁针垂直插入涂有石蜡的薄板，出现石蜡圆形熔化区域说明薄板是非晶体B．乙图是扩散现象，酱油的色素分子进入蛋清的快慢与温度无关C．丙图描绘的是花粉颗粒在液体中的运动轨迹D．丁图是某种气体分子速率正态分布的图线，其对应温度T1<T2【答案】D【详解】A．烧热的铁针垂直插入涂有石蜡的薄板，出现石蜡圆形熔化区域说明薄板具有各向同性，多晶体和非多晶体都具有各向同性，说明薄板可能是多晶体，也可能是非晶体，A错误；B．酱油的色素分子进入蛋清的快慢与温度有关，B错误；C．丙图描绘的不是花粉颗粒在液体中的运动轨迹，C错误；D．丁图是某种气体分子速率正态分布的图线，可以看出温度越高，各速率区间的分子数占总分子数的百分比的最大值向速度大的迁移，可知对应温度T1<T2，D正确。故选D。分子力和分子势能分子力变化分子势能变化①分子斥力、引力同时存在；②当r>r0时，r增大，斥力引力都减小，斥力减小更快，分子力变现为引力；③当r<r0当，r减小，斥力引力都增加，斥力增加更快，分子力变现为斥力；④当r=r0时，斥力等于引力，分子力为零。①当r=r0时，分子势能最小；②当r>r0时，r逐渐减小，分子势能逐渐减小；③当r<r0当，r逐渐减小，分子势能逐渐增加。【例4】分子力F随分子间距离r的变化如图所示，将两分子从相距r=r2处释放，仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是（）A．从r=r2到r=r0，分子间作用力表现为斥力B．从r=r2到r=r1，分子力的大小先减小后增大C．从r=r2到r=r0，分子势能先减小后增大D．从r=r2到r=r1，分子动能先增大后减小【答案】D【详解】A．从到，分子间作用力表现为引力，故A错误；B．由图可知，在时分子力为零，故从到分子力的大小先增大后减小再增大，故B错误；C．从到分子力做正功，分子势能一直减小，故C错误；D．从到分子力先做正功后做负功，分子动能先增大后减小，故D正确。故选D。【例5】规定无穷远分子势能为0，则两分子势能随距离关系如下图所示，下列选项正确的是（）A．分子间距离为时，分子力表现为引力B．分子间距离由减小为的过程中，分子力大小不断增大C．分子间距离由无穷远减小为的过程中，分子势能逐渐增大D．分子间距离由增大为无穷远的过程中，分子力大小一直减小【答案】B【详解】A．当r=r0时分子势能最小，此时分子力表现为零；分子间距离为时，因r1<r0，则分子力表现为斥力，选项A错误；B．分子间距离由减小为的过程中，分子力表现为斥力且大小不断增大，选项B正确；C．分子间距离由无穷远减小为的过程中，分子势能逐渐减小，选项C错误；D．分子间距离由增大为无穷远的过程中，分子力表现为引力，大小先增加后减小，选项D错误。故选B。用油膜法估测分子大小【例6】（1）在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，如图所示，理想的油膜形状非常接近圆形，下列选项中会影响油膜形状规整程度的是。A．注射器针管较大，但没有超出实验要求的范围B．滴入油酸酒精溶液时，注射器针头明显偏离浅盘中央C．操作不仔细，缺乏耐心，如撒粉不均匀，水面还未平静就滴入油酸酒精溶液（2）在一次实验中得到了如图所示的油膜，如果按此油膜来计算分子直径，测量结果相对真实值会（填“偏大”、“偏小”或“无误差”）。【答案】BC/CB偏大【详解】（1）[1]A．注射器针管较大，但没有超出实验要求的范围不会影响油膜形状规整程度。故A错误；B．滴入油酸酒精溶液时，注射器针头明显偏离浅盘中央可能导致油膜扩散到浅盘边界，从而使油膜形状不规整。故B正确；C．操作不仔细，缺乏耐心，如撒粉不均匀等，导致油膜可能没有充分展开从而影响油膜形状的规整程度。故C正确。故选BC。（2）[2]图示油膜是因为油膜未能充分展开而形成“锯齿状”油膜，使所测油膜面积比实际面积偏小，根据所以油酸分子的直径测量结果比真实值偏大。固体和液体1.晶体与非晶体的对比分类比较晶体非晶体单晶体多晶体外形规则不规则不规则熔点确定确定不确定物理性质各向异性各向同性各向同性原子排列规则多晶体的每个晶体间排列不规则不规则典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香2.液体表面张力的理解形成原因表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力表面特性表面层分子间的引力使液面产生了表面张力,使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜表面张力的方向和液面相切,垂直于液面上的各条分界线表面张力的效果表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小典型现象球形液滴、肥皂泡、涟波、毛细现象、浸润和不浸润【例7】甲、乙、丙三种固体薄片涂上蜡，由烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图丁所示，下列说法正确的是（）A．甲、乙为非晶体，丙是晶体B．甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体C．甲、丙为非晶体，丙是晶体D．甲、乙、丙都是晶体【答案】B【详解】单晶体是各向异性，在其表面熔化的蜡是椭圆形。非晶体和多晶体是各向同性，则在其表面熔化的蜡的圆形，因此丙为单晶体，甲、乙可能是多晶体与非晶体。根据温度随加热时间变化的关系可知，甲、丙为晶体，乙是非晶体。故选B。【例8】2023年5月，中国科学技术大学团队利用纳米纤维与合成云母纳米片研制出一种能适应极端环境的纤维素基纳米纸材料，为丰富多彩的材料家族又增添了新的一员。如图甲所示为某合成云母单晶体片的微观结构示意图，图乙为某液体表面分子分布示意图，以下说法正确的是（）A．使用图甲所示的云母材料制作光的偏振片是利用了它的各向同性B．图甲所示云母材料在熔化过程中，分子势能和分子平均动能均增大C．图乙所示的液体表面层分子之间只存在相互作用的引力D．如图乙所示，液体表面层分子的分布比液体内部稀疏，分子间的平均距离略大于分子力平衡的距离【答案】D【详解】A．使用图甲所示的云母材料制作光的偏振片是利用了它的各向异性。故A错误；B．云母是晶体，具有熔点。图甲所示云母材料在熔化过程中，吸收热量，温度保持不变，分子平均动能不变，分子势能增大。故B错误；C．图乙所示的液体表面层分子之间既存在相互作用的引力也存在相互作用的斥力，此时引力大于斥力，表现为引力。故C错误；D．如图乙所示，液体表面层分子的分布比液体内部稀疏，分子间的平均距离略大于分子力平衡的距离，表现为分子引力。故D正确。故选D。【综合提升专练】1．若以M表示水的摩尔质量，表示液态水的摩尔体积，表示标准状态下水蒸气的摩尔体积，为液态水的密度，为标准状态下水蒸气的密度，为阿伏加德罗常数，、分别表示每个水分子的质量和体积，下面四个关系式正确的是（）A．= B．=C．= D．=【答案】A【详解】A．由摩尔质量的意义可知对液态水，由密度的定义可得解得=故A正确；BD．由于水蒸气分子间有较大距离，所以对水蒸气故BD错误；C．由可得故C错误。故选A。2．已知地球大气层的厚度远小于地球半径R，空气平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为，地面大气压强为，重力加速度大小为g。由此可估算得（）A．地球大气层空气的总重力为B．地球大气层空气分子总数为C．每个空气分子所占空间为D．空气分子之间的平均距离为【答案】BCD【详解】AB．大气中的压强由大气的质量重力产生，即则地球大气层空气分子总数为故A错误，B正确；C．大气的体积为每个空气分子所占空间为故C正确；D．气体分子之间的距离为故D正确。故选BCD。3．钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的重要材料，设钻石的密度为ρ（单位为kg/m3），摩尔质量为M（单位为g/mol），阿伏加德罗常数为NA。已知1克拉=0.2克，则（）A．a克拉钻石所含有的分子数为B．a克拉钻石所含有的分子数为C．每个钻石分子直径的表达式为（单位为m）D．每个钻石分子直径的表达式为（单位为m）【答案】AC【详解】AB．a克拉钻石物质的量（摩尔数）为所含分子数为故A正确，B错误；CD．钻石的摩尔体积（单位为m3/mol）每个钻石分子体积为（单位为m3）将钻石分子看做球体，设钻石分子直径为d，则联立解得（单位为m）故C正确，D错误。故选AC。4．关于下列各图中的实验现象或规律，说法正确的是（

）A．甲图中薄板是单晶体B．乙图说明气体分子的速率分布随温度变化而变化，且C．丙图中，水黾停在水面上是因为受到了水的表面张力作用D．丁图中，微粒越大，单位时间内受到液体分子撞击次数越多，布朗运动越明显【答案】BC【详解】A．甲图说明薄板在导热性方面具有各向同性，而单晶体具有各向异性，所以甲图中的薄板不是单晶体，A错误；B．温度越高，大多数的气体分子速率增加，有乙图可知T1图线的峰值所对应的分子速率小于T2图线峰值所对应的分子速率，所以，B正确；C．丙图中，水黾停在水面上是因为受到了水的表面张力作用，C正确；D．丁图中，微粒越大，单位时间内受到液体分子撞击次数越多，微粒越趋于平衡，布朗运动越不明显，D错误。故选BC。5．甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于r轴上，甲、乙两分子间作用力与分子间距离的关系图线如图所示.现把乙分子从处由静止释放，则（）A．乙分子从到过程中，乙分子一直做加速运动B．乙分子从到过程中，甲、乙两分子间作用力表现为引力，从到过程中，甲、乙两分子间作用力表现为斥力C．乙分子从到过程中，甲、乙两分子间的作用力先增大后减小D．乙分子从到距离甲分子最近的位置的过程中，甲、乙两分子间的作用力先减小后增大【答案】AC【详解】ABC．乙分子从到的过程中，甲、乙两分子间的作用力表现为引力，且甲、乙两分子间的作用力先增大后减小，故甲、乙两分子间作用力一直做正功，故AC正确，B错误；D．乙分子从到距离甲分子最近的位置的过程中，甲、乙两分子间的作用力先增大后减小再增大，故D错误。故选AC。6．甲分子固定在坐标原点，乙分子位于轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图（1）所示，表示斥力，表示引力，、、、为轴上四个特定的位置。取两分子间距离趋近于无穷大时，分子间势能为零，两分子间势能随分子间距离变化的图像如图（2）所示。现把乙分子从处由静止释放，则下列说法正确的是（）A．乙分子由到做加速运动，由到做减速运动B．乙分子由到的过程中，加速度先增大后减小C．D．【答案】BD【详解】A．乙分子由到c过程，分子力表现为引力，分子力做正功，乙分子做加速运动，故A错误；B．乙分子由到的过程中，分子力先增大后减小，根据牛顿第二定律可知，加速度先增大后减小，故B正确；CD．乙分子由到c过程，分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能减小，由c到d过程，分子力为斥力，分子力做负功，分子势能增加，故运动到c点时，分子势能最小，即；故C错误，D正确。故选BD。7．如图所示为济南市某日的天气预报，下列说法正确的是（）A．当空气质量显示为霾时，空气中细颗粒物（如）的分子在空气中做无规则的布朗运动B．从上午7点到下午1点，空气分子中速率较大的分子所占总分子比例逐渐变大C．若温度降为8℃，水蒸气液化为露珠的过程中分子间引力减小，斥力增大D．若温度降为8℃，水蒸气液化为露珠的过程中分子势能一直增大【答案】AB【详解】A．当空气质量显示为霾时，空气中细颗粒物（如）即固体小颗粒在空气中做无规则运动是布朗运动，故A正确；B．温度是分子热运动平均动能的标志，从上午7点到下午1点，温度逐渐升高，空气分子中速率较大的分子所占总分子比例逐渐变大。故B正确；C．若温度降为8℃，水蒸气液化为露珠的过程中分子间的距离逐渐变小，引力和斥力均增大。故C错误；D．若温度降为8℃，水蒸气液化为露珠的过程中分子力表现为引力，且做正功，所以势能一直减小。故D错误。故选AB。8．下列说法中正确的是（）A．长时间压在一起的铅板和金板互相渗入，这种现象是扩散现象B．外界对气体做功，气体的内能必定增加C．布朗运动是由悬浮在液体中的微粒之间相互碰撞引起的D．液体表面存在着张力是因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离E．物体的内能是物体中所有分子动能和分子势能的总和【答案】ADE【详解】A．物质的分子是不停地做无规则运动的，不同的物质在相互接触时，由于分子的无规则运动，彼此进入对方的现象属于扩散现象，铅板和金板互相渗入就属于扩散现象，故A正确；B．外界对气体做功，但不确定气体是吸热还是放热，无法确定气体的内能变化情况，故B错误；C．布朗运动是由于悬浮在液体中的颗粒受到液体分子的碰撞引起的，故C错误；D．液体表面存在着张力是因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，故D正确；E.物体的内能是物体中所有分子动能和分子势能的总和，故E正确。故选ADE。9．2022年3月23日，“天宫课堂”第二课在中国空间站开讲，“太空教师”崔志刚、王亚平、叶光富相互配合，生动演示了微重力环境下太空“冰雪”实验、“液桥”演示实验（如图所示）、水油分离实验、太空抛物实验等，并深入浅出地讲解了实验现象背后的科学原理，下列说法正确的是（）A．只有在太空中才能进行“液桥”实验B．图中水把两块液桥板连在一起靠的是液体的表面张力C．塑料制成的液桥板是非晶体D．冰是晶体E．油能够飘在水面上是由于水具有表面张力【答案】BCD【详解】AB．“液桥”实验主要靠得是液体的表面张力作用，在地面也可以进行，只不过在地面时由于重力的影响，“液桥”不太明显，A错误，B正确；C．塑料没有固定的熔点，属于非晶体，C正确；D．冰有固定的熔点，在冰的晶体结构中，水分子以一定的方向排列在晶体点阵内，因此冰是晶体，D正确；E．油能够飘在水面上是因为油的密度比水的密度小，E错误。故选BCD。10．同一种液体，滴在固体A的表面时，出现如图甲所示的情况；当把毛细管B插入这种液体时，液面又出现如图乙所示的情况。若固体A和毛细管B都很干净，则（）A．固体A和毛细管B可能是同种材料B．固体A和毛细管B一定不是同种材料C．固体A的分子对液体附着层分子的引力比毛细管B的分子对液体附着层分子的引力小D．液体对毛细管B不浸润【答案】BC【详解】ABD．当把毛细管B插入液体时，液面呈现凹形，说明液体对B浸润，液体不能附着在A的表面，所以对A不浸润，所以A与B一定不是同种材料，故AD错误，B正确；C．根据浸润与不浸润的特点，浸润时，附着层内的分子引力小于固体分子的引力，而不浸润时，附着层内的分子引力大于固体对分子的引力，所以固体A的分子对液体附着层内的分子引力比B管的分子对液体附着层内的分子引力小，故C正确。故选BC。11．下列说法正确的是（）A．晶体有单晶体和多晶体，单晶体有天然规则的几何外形B．晶体在熔化过程中吸收热量，但温度不变，内能不变C．液体表面张力的方向总是垂直液面，指向液体内部D．液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点【答案】AD【详解】A．晶体有单晶体和多晶体，单晶体有天然规则的几何外形，故A正确；B．体在熔化过程中吸收热量，但温度不变，内能增加，故B错误；C．液体表面张力的方向和液面相切，并和两部分的分界线垂直，故C错误；D．液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，故D正确。故选AD。12．把墨汁用水稀释后取出一滴放在高倍显微镜下观察，可以看到悬浮在液体中的小炭粒在不同时刻的位置，每隔一定时间把炭粒的位置记录下来，最后按时间先后顺序把这些点进行连线，得到如图所示的图象，对于这一现象，下列说法正确的是（）A．炭粒沿着笔直的折线运动，说明水分子在短时间内的运动是规则的B．越小的炭粒，受到撞击作用的不平衡性表现得越明显C．观察炭粒运动时，可能有水分子扩散到载物片的玻璃中D．将水的温度降至零摄氏度，炭粒会停止运动E．这些炭粒的运动就是布朗运动【答案】BCE【详解】A．图中的折线是每隔一定的时间炭粒的位置的连线，并非炭粒的运动轨迹，不能说明水分子在短时间内的运动是规则的，故A错误；B．炭粒越小，在某一瞬间跟它相撞的水分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显，故B正确；C．扩散可发生在液体和固体之间，故观察炭粒运动时，可能有水分子扩散到载物片的玻璃中，故C正确；D．将水的温度降低至零摄氏度，炭粒的运动会变慢，但不会停止，故D错误；E．布朗运动是指悬浮在液体或气体中的微粒所做的永不停息的无规则运动，这些炭粒的运动就是布朗运动，故E正确。故选BCE。13．关于固体与液体，下列说法正确的有（

）A．晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体B．食盐在熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体C．太空授课失重环境下的“液桥”现象（图1）说明表面张力方向与液体表面垂直D．合格的一次性医用外科口罩内侧水滴成扁球状（图2）说明照片中水滴表面分子比水滴的内部稀疏【答案】BD【详解】A．单晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属有可能是多晶体也有可能是非晶体，A错误；B．食盐熔化过程中，温度保持不变，即熔点一定，说明食盐是晶体，故B正确；C．液体表面张力的原因是液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，使液体表面具有收缩的趋势，它的方向跟液面相切，故C错误；D．小水滴为扁球状是由于液体表面张力造成的，照片中附着层内分子比水的内部稀疏，表面张力具有使液体表面绷紧即减小表面积的作用，故D正确。故选BD。14．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，有下列实验步骤：A．往边长约为的浅盘里倒入约深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上；B．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定；C．将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子直径的大小；D．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积；E．将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。完成下列填空：（1）上述步骤中，正确的顺序是。（填写步骤前面的序号）（2）将的纯油酸溶于酒精，制成的油酸酒精溶液，测得的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，待水面稳定后，测得所形成的油膜的形状如图所示。坐标中正方形小方格的边长为，求：①油酸膜的面积是；②每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是；③根据上述数据，估测出油酸分子的直径是。（以上结果均保留两位有效数字）【答案】