热学 知识点梳理汇总

第章热学[全国卷三年考点考情]说明:(1)知道国际单位制中规定的单位符号．(2)要求会正确使用温度计．第一节分子动理论内能(对应学生用书第225页)[教材知识速填]知识点1分子动理论的基本内容1．物体是由大量分子组成的(1)分子很小:①直径数量级为10－10m②质量数量级为10－27～10－26kg(2)分子数目特别大:阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1.2．分子热运动(1)扩散现象:由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象．温度越高,扩散越快．(2)布朗运动:①永不停息、无规则运动;②颗粒越小,运动越明显;③温度越高,运动越剧烈;④运动轨迹不确定,只能用位置连线确定微粒做无规则运动．(3)热运动:物体里的分子永不停息地做无规则运动,这种运动跟温度有关(选填“有关”或“无关”),通常称作热运动．3．分子间的相互作用力(1)分子间同时存在相互作用的引力和斥力．实际表现出的分子力是引力和斥力的合力．(2)引力和斥力都随分子间距离的减小而增大;随分子间距离的增大而减小;斥力比引力变化快．(3)分子力F与分子间距离r的关系(r0的数量级为10－10m距离分子力FF­r图象r＝r0F引＝F斥F＝0r＜r0F引＜F斥F为斥力r＞r0F引＞F斥F为引力r＞10r0F引＝F斥＝0F＝0易错判断(1)布朗运动是液体分子的无规则运动．(×)(2)温度越高,布朗运动越剧烈．(√)(3)分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大．(×)知识点2温度和物体的内能1．温度两个系统处于热平衡时,它们具有某个“共同的热学性质”,我们把表征这一“共同热学性质”的物理量定义为温度．一切达到热平衡的系统都具有相同的温度．2．两种温标摄氏温标和热力学温标．关系:T＝t＋273.15_K.3．分子的动能和平均动能(1)分子动能是分子热运动所具有的动能;(2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值,温度是分子热运动的平均动能的标志;(3)分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和．4．分子的势能(1)意义:由于分子间存在着引力和斥力,所以分子具有由它们的相对位置决定的能．(2)分子势能的决定因素:微观上——决定于分子间距离和分子排列情况;宏观上——决定于体积和状态．5．物体的内能(1)等于物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和,是状态量;(2)对于给定的物体,其内能大小由物体的温度和体积决定;(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关．易错判断(1)－33℃＝240K．(√)(2)分子动能指的是由于分子定向移动具有的能．(×)(3)当分子力表现为引力时,分子势能随分子间距离的增大而增大．(√)知识点3实验:用油膜法估算分子的大小1．实验原理利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜(如图13­1­1所示),将油酸分子看作球形,测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积,用d＝eq\f(V,S)计算出油膜的厚度,其中V为一滴油酸溶液中纯油酸的体积,S为油膜面积．这个厚度就近似等于油酸分子的直径．图13­1­12．实验器材已稀释的油酸若干毫升、量筒1个、浅盘1只(30cm×40cm)、纯净水、注射器(或滴管)1支、透明玻璃板一块、坐标纸、彩色水笔1支、痱子粉或石膏粉(带纱网或粉扑)．3．实验步骤(1)取1mL(1cm3)的油酸溶于酒精中,制成200mL的油酸酒精溶液．(2)往边长约为30～40cm的浅盘中倒入约2cm深的水,然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上．(3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液,使这些溶液的体积恰好为1mL,算出每滴油酸酒精溶液的体积V0＝eq\f(1,n)mL.(4)用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液,油酸就在水面上慢慢散开,形成单分子油膜．(5)待油酸薄膜形状稳定后,将一块较大的玻璃板盖在浅盘上,用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上．(6)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积．(7)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,根据纯油酸的体积V和薄膜的面积S,算出油酸薄膜的厚度d＝eq\f(V,S),即为油酸分子的直径．比较算出的分子直径,看其数量级(单位为m)是否为10－10,若不是10－10需重做实验．易错判断(1)油酸酒精溶液配制后,要尽快使用．(√)(2)用油膜法测分子直径的方法,把酒精撒在水面上只要实验方法得当就可以测出酒精分子的直径．(×)(3)公式d＝eq\f(V,S)中的“V”是纯油酸的体积．(√)(对应学生用书第227页)微观量的估算1．分子的两种模型:图13­1­2(1)球体模型直径d＝eq\r(3,\f(6V0,π)).(常用于固体和液体)(2)立方体模型边长d＝eq\r(3,V0).(常用于气体)对于气体分子,d＝eq\r(3,V0)的值并非气体分子的大小,而是两个相邻的气体分子之间的平均距离．2．宏观量与微观量的转换(1)微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0.(2)宏观量:物体的体积V、摩尔体积Vmol、物体的质量m、摩尔质量Mmol、物体的密度ρ.(3)转换桥梁:(4)关系:①分子的质量:m0＝eq\f(Mmol,NA).②分子的体积:V0＝eq\f(Vmol,NA)(估算固体、液体分子的体积或气体分子平均占有的空间)．③1mol物质的体积:Vmol＝eq\f(Mmol,ρ).④质量为M的物体中所含的分子数:n＝eq\f(M,Mmol)NA.⑤体积为V的物体中所含的分子数:n＝eq\f(ρV,Mmol)NA.[多维探究]考向1气体微观量的估算1．若以V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积,ρ表示在标准状态下水蒸气的密度,M表示水的摩尔质量,M0表示一个水分子的质量,V0表示一个水分子的体积,NA表示阿伏加德罗常数,则下列关系式正确的是()A．V＝eq\f(M,ρ) B．V0＝eq\f(V,NA)C．M0＝eq\f(M,NA) D．ρ＝eq\f(M,NAV0)E．NA＝eq\f(ρV,M0)ACE[因ρ表示在标准状态下水蒸气的密度,M表示水的摩尔质量,则在标准状态下水蒸气的摩尔体积为V＝eq\f(M,ρ),选项A正确;eq\f(V,NA)表示一个水分子运动占据的空间,不等于一个水分子的体积,选项B错误;一个水分子的质量为:M0＝eq\f(M,NA),选项C正确;eq\f(M,NAV0)表示水的密度,选项D错误;ρV是水的摩尔质量,则阿伏加德罗常数可表示为:NA＝eq\f(ρV,M0),选项E正确．]2．(2018·大连模拟)某气体的摩尔质量为Mmol,摩尔体积为Vmol,密度为ρ,每个分子的质量和体积分别为m和V0,则阿伏加德罗常数NA不可表示为()A．NA＝eq\f(Mmol,m) B．NA＝eq\f(Vmol,V0)C．NA＝eq\f(ρVmol,m) D．NA＝eq\f(Mmol,ρV0)E．NA＝eq\f(m,Mmol)BDE[由摩尔质量的意义知,阿伏加德罗常数NA＝eq\f(Mmol,m),A正确,E错误;又因Mmol＝ρVmol,故C正确;因为气体分子间隙较大,B、D错误;本题选不可表示的,故选B、D、E.][反思总结]1微观量的估算应利用阿伏加德罗常数的桥梁作用,依据分子数N与摩尔数n之间的关系N＝n·NA,并结合密度公式进行分析计算.2注意建立正方体分子模型或球体分子模型.3对液体、固体物质可忽略分子之间的间隙;对气体物质,分子之间的距离远大于分子的大小,气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值不等于气体分子的体积,仅表示一个气体分子平均占据的空间大小.考向2液体、固体微观量的估算3．钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料,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()【导学号:84370501】A．a克拉钻石物质的量为eq\f(0.2a,M)B．a克拉钻石所含有的分子数为eq\f(aNA,M)C．a克拉钻石所含有的分子数为eq\f(0.2aNA,M)D．每个钻石分子直径的表达式为eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(单位为m)E．每个钻石分子直径的表达式为eq\r(\f(6M,NAρπ))(单位为m)ACD[a克拉钻石物质的量为n＝eq\f(0.2a,M),A对,所含分子数为n＝eq\f(0.2aNA,M),C对,钻石的摩尔体积为V＝eq\f(M×10－3,ρ)(单位为m3/mol),每个钻石分子体积为V0＝eq\f(V,NA)＝eq\f(M×10－3,NAρ),设钻石分子直径为d,则V0＝eq\f(4,3)πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))3,联立解得d＝eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(单位为m),D对．]布朗运动与分子热运动两种运动的比较布朗运动热运动活动主体固体小颗粒分子区别是固体小颗粒的运动,是比分子大得多的分子团的运动,较大的颗粒不做布朗运动,但它本身的以及周围的分子仍在做热运动是指分子的运动,分子不论大小都做热运动,热运动不能通过光学显微镜直接观察到共同点都是永不停息的无规则运动,都随温度的升高而变得更加激烈,都是肉眼所不能看见的联系布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的,它是分子做无规则运动的反映[题组通关]1．(2018·郑州模拟)下列关于布朗运动和扩散现象的说法中错误的是()A．布朗运动就是液体分子的扩散现象B．布朗运动和扩散现象都是分子的无规则运动C．布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显D．布朗运动和扩散现象都能在固体、液体和气体中发生E．布朗运动和扩散现象都能说明物质分子的运动是无规则的ABD[布朗运动是悬浮微粒的无规则运动,不是液体分子的扩散,故A错误;扩散现象是分子的无规则运动,而布朗运动只是分子无规则运动的一种反映,故B错误;布朗运动和扩散现象都与温度有关,温度越高越明显,故C正确;布朗运动只能在气体和液体中发生,不能在固体中发生,故D错误;布朗运动和扩散现象都能说明物质分子的运动是无规则的,E正确．]2．(2018·保定期末)我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作．PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5μm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,吸入后对人体形成危害．矿物燃料燃烧的排放物是形成PM2.5的主要原因．下列关于PM2.5的说法中正确的是()A．PM2.5的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当B．PM2.5在空气中的运动不属于分子热运动C．PM2.5的运动轨迹只是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡决定的D．倡导低碳生活,减少煤和石油等燃料的使用,能有效减小PM2.5在空气中的浓度E．PM2.5必然有内能BDE[PM2.5的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多,A错误;PM2.5在空气中的运动不属于分子热运动,B正确;PM2.5的运动轨迹是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流的运动决定的,C错误;倡导低碳生活,减少煤和石油等燃料的使用,能有效减小PM2.5在空气中的浓度,PM2.5必然有内能,D、E正确．]根据分子动理论,下列说法正确的是()A．水和酒精混合后的体积小于原来体积之和,说明分子间存在引力B．在一定条件下,可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素C．一个气体分子的体积等于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比D．分子势能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大E．墨水中小炭粒在不停地做无规则运动,反映液体分子在做无规则运动BDE[水和酒精混合后的体积小于原来体积之和,说明分子间存在空隙,选项A错误;根据扩散现象的应用知,选项B正确;气体分子间的距离比较大,一个气体分子的体积远小于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比,选项C错误;如果一开始分子间的距离小于r0,随着分子间距离的增大,分子的斥力做正功,分子势能减小,当分子间距大于r0后,分子引力做负功,分子势能增大,选项D正确;由布朗运动的原理知,选项E正确．]分子力、分子势能和物体的内能1．分子力、分子势能与分子间距离r的关系图13­1­3(1)当r＞r0时,分子力为引力,若r增大,分子力做负功,分子势能增加．(2)当r＜r0时,分子力为斥力,若r减小,分子力做负功,分子势能增加．(3)当r＝r0时,分子势能最小．2．物体的内能与机械能的比较内能机械能定义物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和物体的动能、重力势能和弹性势能的统称决定因素与物体的温度、体积、物态和分子数有关跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关量值任何物体都有内能可以为零测量无法测量可测量本质微观分子的运动和相互作用的结果宏观物体的运动和相互作用的结果运动形式热运动机械运动联系在一定条件下可以相互转化,能的总量守恒3.分析物体内能问题的技巧(1)内能是对物体的大量分子而言的,不存在某个分子内能的说法．(2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数,还与物态有关系．(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能．(4)温度是分子平均动能的标志,相同温度的任何物体,分子的平均动能相同．[题组通关]3．以下说法中正确的是()A．物体运动的速度越大,其内能越大B．分子的热运动是指物体内部分子的无规则运动C．微粒的布朗运动的无规则性,反映了液体内分子运动的无规则性D．若外界对物体做正功,同时物体从外界吸收热量,则物体的内能必增加E．温度低的物体,其内能一定比温度高的物体小BCD[内能与物体的速度无关,故A错误;温度低的物体,分子平均动能小,内能不一定小,故E错误．]4．(2018·济宁模拟)将一个分子P固定在O点,另一分子Q放在图中的A点,两分子之间的作用力与其间距的关系图线如图13­1­4所示,虚线1表示分子间相互作用的斥力,虚线2表示分子间相互作用的引力,实线3表示分子间相互作用的合力．如果将分子Q从A点无初速度释放,分子Q仅在分子力的作用下始终沿水平方向向左运动．则下列说法正确的是()【导学号:84370502】图13­1­4A．分子Q由A点运动到C点的过程中,先加速再减速B．分子Q在C点的分子势能最小C．分子Q在C点的加速度大小为零D．分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中,加速度先增大后减小再增大E．该图能表示固、液、气三种状态下分子力的变化规律BCD[C点为斥力和引力相等的位置,C点的右侧分子间作用力的合力表现为引力,C点的左侧分子间作用力的合力表现为斥力,因此分子Q由A点运动到C点的过程中,分子Q一直做加速运动,分子的动能一直增大,分子势能一直减小,当分子Q运动到C点左侧时,分子Q做减速运动,分子动能减小,分子势能增大,即分子Q在C点的分子势能最小,A错误,B正确;C点为分子引力等于分子斥力的位置,即分子间作用力的合力为零,则分子Q在C点的加速度大小为零,C正确;分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中,由题图可知分子间作用力的合力先增大后减小再增大,则由牛顿第二定律可知加速度先增大后减小再增大,D正确;气体分子间距较大,分子间作用力很弱,不能用此图表示气体分子间作用力的变化规律,E错误．](2017·汕头模拟)如图所示是分子间引力或斥力大小随分子间距离变化的图象,由此可知()A．ab表示引力图线B．cd表示引力图线C．当分子间距离r等于两图线交点e的横坐标时,分子力一定为零D．当分子间距离r等于两图线交点e的横坐标时,分子势能一定最小E．当分子间距离r等于两图线交点e的横坐标时,分子势能一定为零ACD[在F­r图象中,随r增大,斥力变化快,所以ab为引力图线,A对,B错;两图象相交点e为分子所受的引力和斥力大小相等,即分子受力平衡位置,分子力为0,分子势能最小,但不一定为0,故C、D对,E错．][反思总结]判断分子势能变化的方法(1)利用分子力做功判断．分子力做正功,分子势能减小;分子力做负功,分子势能增加．(2)利用分子势能Ep与分子间距离r的关系图线判断．但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线的形状虽然相似,但意义不同,不要混淆．实验:用油膜法估测分子的大小[母题]在“用油膜法估测分子的大小”实验中,现有按体积比为n∶m配制好的油酸酒精溶液置于容器中,还有一个盛有约2cm深水的浅盘,一支滴管,一个量筒．请补充下述估测分子大小的实验步骤:(1)__________________________________________(需测量的物理量自己用字母表示)．(2)用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘,等油酸薄膜稳定后,将薄膜轮廓描绘在坐标纸上,如图13­1­5所示．(已知坐标纸上每个小方格面积为S,求油膜面积时,半个以上方格面积记为S,不足半个舍去)则油膜面积为________．图13­1­5(3)估算油酸分子直径的表达式为d＝________.[解析](1)