专题72分子动理论固体和液体

2024年高考物理一轮复习热点重点难点夯练与提升专题72分子动理论、固体和液体特训目标特训内容目标1分子的大小（1T—4T）目标2布朗运动（5T—8T）目标3分子力和分子势能（9T—12T）目标4用油膜法估测分子大小（13T—16T）目标5固体和液体（17T—20T）【特训典例】分子的大小1．某大学课题组制备出了一种超轻气凝胶，该气凝胶刷新了目前世界上最轻材料的纪录，其弹性和吸油能力很强，这种被称为“全碳气凝胶”的固态材料密度比空气密度小。设气凝胶的密度为ρ（单位为），摩尔质量为M（单位为kg/mol），阿伏加德罗常数为，下列说法正确的是（）A．气凝胶的摩尔体积为B．每个气凝胶分子的体积为C．a千克气凝胶所含的分子数为D．每个气凝胶分子的直径为【答案】B【详解】A．气凝胶的摩尔体积为故A错误；B．1mol气凝胶中含有个分子，故每个气凝胶分子的体积为故B正确；C．a千克气凝胶的摩尔数为，a千克气凝胶所含的分子数为故C错误；D．设每个气凝胶分子的直径为d，则联立解得故D错误。故选B。2．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。3．如图所示，食盐（NaCl）的晶体是由钠离子（图中的白色圆点表示）和氯离子（图中的黑色圆点表示）组成的，离子键两两垂直且键长相等．已知食盐的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为N，食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心之间的距离约为（

）A． B． C． D．【答案】C【详解】设晶胞边长为a,在晶胞中含4个和4个，根据密度公式：可得所以两个距离最近的钠离子中心间的距离等于晶胞面对角线的一半,所以两个距离最近的钠离子中心间的距离为：故选C。4．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。布朗运动5．关于分子热运动和布朗运动，下列说法中正确的是（）A．布朗运动是指在显微镜下看到的液体分子的无规则运动B．布朗运动间接地反映了分子在永不停息地做无规则运动C．当物体温度达到0℃时，物体分子的热运动就会停止D．悬浮颗粒越大，某一瞬间与它碰撞的液体分子越多，布朗运动越显著【答案】B【详解】AB．布朗运动是指在显微镜下看到的固体小颗粒的无规则运动，布朗运动是液体分子撞击颗粒所做的运动，布朗运动间接地反映了分子在永不停息地做无规则运动，故A错误B正确；C．物体分子做永不停息的热运动，温度即使为零度，分子热运动也不会停止，故C错误；D．悬浮颗粒越大，同一时刻与它碰撞的液体分子越多，颗粒就越容易达到受力平衡，布朗运动越不显著，故D错误。故选B。6．1827年，英国植物学家布朗首先在显微镜下研究了悬浮在液体中的小颗粒的运动。某同学做了一个类似的实验，用显微镜观察炭粒的运动得到某个观测记录，如图所示。下列关于布朗运动的说法，正确的是（）A．布朗运动是液体分子的无规则运动B．布朗运动是液体分子对悬浮微粒撞击作用的不平衡引起的微粒无规则运动C．布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的D．液体温度越高，悬浮微粒越大，布朗运动越剧烈【答案】B【详解】ABC．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，而非分子的运动，是液体分子对悬浮微粒撞击作用的不平衡引起的微粒无规则运动，故AC错误，B正确；D．液体温度越高，分子热运动越剧烈，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈，悬浮微粒越小，液体分子撞击作用的不平衡性表现得越明显，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈，故D错误。故选B。7．疫情期间，动态清零较好地解决了发展与防疫之间的关系。研究发现，新冠病毒也可通过气溶胶的形式传播，现测得气溶胶的大约在10－7~10－5m之间，新冠病毒的大小约为60~140nm，布朗粒子的尺寸大约在10－5~10－3cm之间，关于病毒传播下列说法中正确的是（

）A．新冠病毒是由多个蛋白质分子构成，在空气中可做布朗运动B．新冠病毒通过气溶胶传播，温度越高，传播越慢C．相对新冠病毒而言，气溶胶更容易透过口罩传播D．扩散是新冠病毒在空气中传播的主要方式之一【答案】A【详解】A．由题知，气溶胶的大约在10－7~10－5m之间，而布朗粒子的尺寸大约在10－5~10－3cm之间，则气溶胶的尺寸大小符合布朗运动的体积，所以气溶胶悬浮在密闭空间空气中的运动属于布朗运动，故A正确；B．新冠病毒通过气溶胶传播，做布朗运动，温度越高，布朗运动越明显，则传播越快，故B错误；C．由题知，新冠病毒的大小约为60~140nm，即6×10－8~1.4×10－7m，而气溶胶的大约在10－7~10－5m之间，则新冠病毒更容易透过口罩传播，故C错误；D．扩散是分子的无规则运动，不是新冠病毒在空气中传播的主要方式之一，故D错误。故选A。8．PM2.5是指空气中直径小于或等于2.5微米的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，被人体吸入后会进入血液对人体形成危害。在静稳空气中，关于PM2.5，下列说法正确的是（）A．PM2.5在空气中的运动属于分子热运动B．在其他条件相同时，温度越高，PM2.5的运动越激烈C．减少工业污染的排放对减少“雾霾”天气的出现没有影响D．周围大量分子对PM2.5碰撞的不平衡使其在空中做无规则运动【答案】BD【详解】AD．PM2.5的运动是布朗运动，不是分子的热运动，是空气分子无规则运动对PM2.5微粒的撞击不平衡造成的，故A错误，D正确；B．温度越高，空气分子无规则的运动越激烈，对PM2.5微粒的撞击不平衡越明显，PM2.5的运动越激烈，故B正确；C．减少工业污染的排放可减少PM2.5的排放，进而减少“雾霾”天气的出现，故C错误。故选BD。分子力和分子势能9．分子间的作用力F与分子间距r的关系如图所示，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一个分子固定于原点O，另一个分子从距O点很远处向O点运动，下列说法正确的是（）A．在两分子间距减小到的过程中，分子间的作用力先减小后增大B．在两分子间距减小到的过程中，分子间的作用力做负功C．在两分子间距减小到时，分子势能等于零D．在两分子间距由减小到的过程中，分子间的作用力与分子势能都在减小【答案】D【详解】A．在两分子间距减小到的过程中，分子间的作用力表现为引力，分子间的作用力先增大后减小，故A错误；BC．在两分子间距减小到的过程中，分子间的作用力表现为引力，分子力做正功，分子势能减小，无穷远处分子势能是零，间距减小到时，分子势能小于零，故BC错误；D．在间距由减小到的过程中，分子间的作用力表现为引力，分子力做正功，分子势能减小；间距减小到时，分子间的作用力减小到零，故D正确。故选D。10．王亚平在“天宫课堂”中，将分别粘有水球的两块透明板慢慢靠近，直到两个水球融合在一起，再把两板慢慢拉开，水在两块板间形成了一座“水桥”。如图甲所示，为我们展示了微重力环境下液体表面张力的特性。“水桥”表面与空气接触的薄层叫表面层，已知分子间作用力F和分子间距r的关系如图乙。下列说法正确的是（）A．可以推断水和透明板是不浸润的B．王亚平把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程，“水桥”表面层相邻水分子间的分子势能变小C．王亚平把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程，“水桥”表面层相邻水分子间的分子力做负功D．王亚平放开双手两板吸引到一起，该过程表面层相邻水分子间的作用力与分子间的距离的关系与乙图的A到B过程相对应【答案】C【详解】A．由题意可知水和透明板是浸润的，故A错误；BC．分子间距离从r0左右增大到大于r0的过程中，分子力表现为引力，做负功，则分子势能增大，所以“水桥”表面层中两水分子间的分子势能与其内部水相比偏大，故B错误，C正确；D．王亚平放开双手两板吸引到一起，分子间作用力为引力，该过程水分子间的作用力与分子间的距离的关系与乙图的C到B过程相对应，故D错误。故选C。11．如图，将甲分子固定于坐标原点O处，乙分子放置于r轴上距离O点很远的处，、、为r轴上的三个特殊位置，甲、乙两分子间的作用力F和分子势能随两分子间距离r的变化关系分别如图中两条曲线所示，现把乙分子从处由静止释放，下列说法正确的是（）A．乙分子从到的过程中，分子势能先减小后增大B．当分子间距离时，甲、乙分子间作用力F为引力C．乙分子从到的过程中，加速度a先减小后增大D．虚线为图线，实线为图线【答案】D【详解】D．当分子力为零的时候，分子间势能最小，则由图像可知，虚线为图线，实线为图线，故D正确；A．乙分子从到的过程中，甲、乙分子间作用力表现为引力，做正功，分子势能减小，故A错误；B．为平衡位置，当分子间距离时，甲、乙分子间作用力F将表现为斥力，故B错误；C．乙分子从到的过程中，分子间作用力表现为引力且逐渐增大，则加速度逐渐增大；而到的过程中，分子力仍然表现为引力，但此过程中分子力逐渐减小，到达时分子力减小为零，即加速度逐渐减小为零；到的过程中，分子力表现为斥力，且逐渐增大，即反向加速度逐渐增大，因此可知，乙分子从到的过程中，加速度a先增大，后减小，再增大，故C错误。故选D。12．分子间存在与其相对距离有关的分子势能，分子间势能Ep随分子间距离r变化的图像如图所示，取r趋近于无穷大时Ep为零。若仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是（）A．图中是分子间引力和斥力平衡的位置B．假设将甲分子固定，乙分子从距离甲分子处自由释放，它们将相互靠近C．假设将甲分子固定，乙分子从距离甲分子处自由释放，当两分子间距为时，乙分子的加速度最大D．两分子从间距减小到的过程中，分子间的作用力先增大后减小【答案】A【详解】A．根据题图可知，甲、乙两分子间距为时，分子间势能最小，此处为分子间引力和斥力的平衡位置，故A正确；B．甲、乙两分子间距为时，分子间的作用力表现为斥力，乙分子从距离甲分子处自由释放，它们将相互远离，故B错误；C．当甲、乙两分子间距为时，分子间的作用力为零，乙分子的加速度最小，故C错误；D．甲、乙两分子从间距减小到的过程中，根据图像的切线斜率绝对值表示分子力大小，可知分子间的作用力先增大后减小，之后再增大，故D错误。故选A。用油膜法估测分子大小13．（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。14．（1）下列说法中正确的是；A．布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动B．气体的温度升高，每个气体分子运动的速率都增加C．一定量的100℃水变成100℃水蒸气，其分子势能增加D．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（2）用油膜法估测分子直径的实验步骤如下：A．向浅盘中倒入适量的水，并向水面均匀地撒入痱子粉B．将1mL纯油酸加入酒精中，得到2×103mL的油酸酒精溶液C．把玻璃板放在方格纸上，计算出薄膜的面积SD．将配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下50滴溶液的体积E．把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓F．按照得到的数据，估算出油酸分子的直径①上述步骤中，正确的顺序是（填步骤前的字母）；②如图所示为描出的油膜轮廓，坐标纸中正方形小方格的边长为20mm，油膜的面积约为m2；③已知50滴溶液的体积为2mL，估算油酸分子的直径约为m（保留两位有效数字）。【答案】ACD/ADC/CAD/CDA/DAC/DCABDAECF0.022【详解】（1）[1]A．布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动，故A正确；B．温度反映分子热运动的剧烈程度，气体的温度升高，气体分子的平均速率增加，但并不是每个气体分子运动的速率都增加，故B错误；C．一定量的100℃水变成100℃水蒸气，其温度不变，分子的平均动能不变，但该过程是汽化现象，需要吸热，则分子的内能增加，所以其分子势能必定增加，故C正确；D．温度是分子热运动的平均动能的标志，所以减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低，故D正确。故选ACD。（2）[2]上述步骤中，正确的顺序是BDAECF。[3]根据描出的油膜轮廓，小于半格的舍弃，大于半格的算一格，共有55格，坐标纸中正方形小方格的边长为20mm，则油膜的面积约为[4]一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为则油酸分子的直径约为15．某同学做“用油膜法估测分子的大小”的实验。（1）下列说法中正确的是。A．该实验中将油膜看作由一个个油酸分子紧密排列的单层分子膜B．一滴油酸酒精溶液滴入水面，油膜的面积会先扩张后又稍微收缩了一些C．实验时应先将一滴油酸酒精溶液滴入水面，再把痱子粉洒在水面上D．分子直径近似等于油酸酒精溶液的体积与油膜的面积之比（2）在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验操作步骤：①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上；②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定；③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，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小；④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，记下量筒内每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；⑤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；上述步骤中，正确的顺序是；（填写步骤前面的数字）（3）每滴油酸酒精溶液的体积为V，将该溶液滴一滴到水面上，稳定后形成油膜的面积为S。溶液的浓度为ρ，则油酸分子直径大小的表达式为d=；（4）某同学实验中，配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，所测的分子直径（偏大、偏小、不变）；【答案】AB/BA④①②⑤③偏大【详解】（1）[1]A．该实验中将油膜看作由一个个油酸分子紧密排列的球状单层分子膜，油膜厚度即为油酸分子额直径，故A正确；B．一滴油酸酒精溶液滴入水面，水面凹陷以及溶液中的酒精溶于水后油酸分子需要填补分子间的空隙，因此油膜的面积会先扩张后又稍微收缩了一些，故B正确；C．实验时应先将痱子粉洒在水面上，然后将一滴油酸酒精溶液滴入水面，这样就可以形成边界清晰的油膜，易于对油膜面积的测定，故C错误；D．分子直径近似等于一滴油酸酒精溶液中油酸的体积与油膜的面积之比，故D错误。故选AB。（2）[2]根据实验思路，首先应该计算出一滴油酸酒精溶液的体积，然后在浅水盘中放入水和痱子粉，滴入一滴配制好的酒精油酸溶液，形成稳定的油膜，接着把玻璃板放在浅水盘上获取油膜的形状，最后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，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小，即正确的顺序为④①②⑤③。（3）[3]一滴酒精油酸溶液的体积为，而油酸的体积分数为，则可知一滴酒精油酸溶液中油酸的体积为由此可得油酸分子直径大小的表达式为（4）[4]配置溶液的过程中将酒精倒多了一些，将会造成酒精油酸溶液中油酸的体积分数偏小，但实际用到的计算数据偏大，因此计算得到的油酸分子的直径偏大。16．油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.6mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图所示。若每一小方格的边长为25mm，试问：（1）这种估测方法是将每个油酸分子视为模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的。根据上述数据，估测出油酸分子的直径是m。（结果保留1位有效数字）（2）某同学在实验过程中，在距水面约2cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？请写出你分析的原因：。【答案】球形单分子直径3×10－10见解析【详解】（1）[1][2][3]这种估测方法是将每个油酸分子视为球形模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的直径。[4]油膜面积约占70小格，面积约为S＝70×25×25×10－6m2≈4.4×10－2m2一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V＝××10－6m3＝1.2×10－11m3油酸分子的直径约等于油膜的厚度，则d＝＝m≈3×10－10m（2）[5]主要有两个原因：①水面受到落下油酸的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积扩张；②油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩。五、固体和液体17．下列说法中正确的是（）A．浸润液体在毛细管中上升现象是由于附着层分子间斥力以及液体表面张力的共同作用B．一块晶体，若其具有导热的各向同性，则这块晶体一定是多晶体C．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性D．第二类永动机并没有违背能量守恒定律，热机的效率可能达到【答案】AC【详解】A．浸润液体在毛细管附着层内液体的分子密度较大，液体分子间距较小（小于r0）分子相互作用表现为斥力，即产生表面张力，液面呈现扩散的趋势，即在毛细管内上升，故浸润液体在毛细管内上升主要是附着层分子间斥力产生表面张力作用而造成的，故A正确；B．一块晶体，若其各个方向的导热性相同，可能为单晶体或多晶体，故B错误C．液晶是一种特殊物质形态，它像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，故C正确；D．热机的效率永远小于100%，因为要向低温热源散热，故D错误。故选AC。18．关于固体、液体，下列说法正确的是（）A．如果某个固体在某一物理性质上表现出各向同性，它不一定是非晶体B．水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，这是因为油脂使水的表面张力增大的缘故C．把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，它的尖端就变成了球形，这是因为熔化后的玻璃表面分子间作用力表现为斥力使其表面扩张D．浸润现象的机制是液体与固体的相互作用比液体分子之间的相互作用强【答案】AD【详解】A．如果某个固体在某一物理性质上表现出各向同性，它不一定是非晶体，还可能是多晶体，选项A正确；B．由于油脂将水及玻璃隔开，而水与油脂是不浸润的，故水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，水和玻璃是浸润的，故B错误；C．玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，它的尖端会变钝，是表面张力的原因，表面张力表现为引力，因为表