《物体是由大量分子组成的》素养课件

第1节物体是由大量分子组成的【思考】一、油膜法估测分子的大小问题1:把分子看成什么样的形状比较简单、直观?问题2:油膜最薄时,分子是如何排列的?厚度与分子的大小有什么关系?提示:问题1:把分子看成小球比较简便、直观。问题2:油膜最薄时分子是单个排列的,厚度即为分子的直径。1.简化处理:(1)理想化:认为油酸薄膜是由_________紧密排列组成的,则油膜的_____即为油酸分子的直径。(2)模型化:把油酸分子简化成_____。单个分子厚度球形2.估算方法:实验时测出一滴油酸的体积V,再测出油膜的面积S,估算出油膜的厚度,认为就是油酸分子的直径d=。二、分子的大小1.分子模型:(1)固、液分子可视为_____,且分子间紧密排列没有空隙。(2)气体分子可视为一个_______,设立方体边长即为气体分子间的_________。球形立方体平均距离2.分子的数量级:(1)多数分子直径的数量级为_____m。(2)一般分子质量的数量级为___________kg。10-1010-26～10-27三、阿伏加德罗常数1.定义:1mol的任何物质都含有_____________,这个数量可以用__来表示。2.数值:阿伏加德罗常数通常取NA=__________mol-1,粗略计算中可取NA=_________mol-1。相同的粒子数NA6.02×10236.0×10233.意义:阿伏加德罗常数是一个重要常数。它把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与_________、________等微观物理量联系起来,即阿伏加德罗常数NA是联系宏观量与微观量的桥梁。分子质量分子大小1.实验目的:用油膜法估测分子的大小。知识点一用油膜法估测分子的大小2.实验原理:把一定体积的油酸酒精溶液滴在水面上使其形成单分子油膜,如图所示。不考虑分子间的间隙,把油酸分子看成球形模型,计算出1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V并测出油膜面积S,求出油膜的厚度d,即d=就是油酸分子的直径。3.实验器材:油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅盘、玻璃板、坐标纸、彩笔、痱子粉或细石膏粉。4.实验步骤:(1)在浅盘中倒入约2cm深的水,将痱子粉或细石膏粉均匀撒在水面上。(2)取1mL(1cm3)的油酸溶于酒精中,制成200mL的油酸酒精溶液。(3)用注射器往量筒中滴入1mL配制好的油酸酒精溶液(浓度已知),记下滴入的滴数N,算出一滴油酸酒精溶液的体积V′。(4)将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上。(5)待油酸薄膜形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔画出油酸薄膜的形状。(6)将玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积S或者玻璃板上有边长为1cm的方格的个数,通过数方格个数,算出油酸薄膜的面积S。计算方格数时,不足半个的舍去,多于半个的算一个。5.数据处理:根据油酸酒精溶液的浓度,算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V,并代入公式d=算出油酸薄膜的厚度d,即为油酸分子直径的大小。6.注意事项:(1)油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置,以免改变浓度,造成较大的实验误差。(2)实验前应注意,浅盘是否干净,否则难以形成油膜。(3)浅盘中的水应保持平衡,痱子粉应均匀撒在水面上。(4)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。(5)待测油酸液面扩散后又收缩,要在稳定后再画轮廓。【思考·讨论】情境:在用油膜法测分子大小的实验中:讨论:(1)为什么不直接用纯油酸而是用被稀释过的油酸酒精溶液?(科学探究)(2)为什么在水面上撒痱子粉(或细石膏粉)?(科学探究)提示:(1)如果往水面上直接滴纯油酸,一是体积太大,形成的油膜面积太大,不便于在实验室中测量,二是纯油酸在水面上不易散开形成单分子油膜,而油酸酒精溶液更有利于油酸在水面上形成单分子油膜,同时酒精易挥发,不影响测量结果。(2)撒痱子粉(或细石膏粉)的目的是方便观察、描绘所形成的油膜轮廓。【典例示范】“用油膜法估测分子的大小”的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①中配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入n=100滴时,测得其体积恰好是V0=1mL;③先往边长为30～40cm的浅盘里倒入2cm深的水,然后将___________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,待油酸薄膜形状稳定后,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,数出轮廓范围内小方格的个数N,小方格的边长l=20mm。根据以上信息,回答下列问题:(1)步骤③中应填写:

。

(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V′是______mL。(3)油酸分子直径是

m。

【思维·建模】【解析】(1)为了显示单分子油膜的形状,需要在水面上撒痱子粉或石膏粉。(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V′==mL=2×10-5mL。(3)根据大于半个方格的算一个,小于半个方格的舍去,油膜形状占据的方格数大约为115个,故面积S=115×20×20mm2=4.6×104mm2油酸分子直径

mm≈4.3×10-7mm=4.3×10-10m。答案:(1)痱子粉或石膏粉

(2)2×10-5(3)4.3×10-10【定向训练】1.(多选)“用油膜法估测分子的大小”实验的科学依据是(

)A.将油酸形成的膜看成单分子油膜B.不考虑各油酸分子间的间隙C.考虑了各油酸分子间的间隙D.将油酸分子看成球形【解析】选A、B、D。实验中油酸的直径是用油酸的体积除以油膜的面积来计算,所以实验的科学依据是将油膜看成单分子油膜,不考虑油酸分子间的间隙,并把油酸分子看成球形,所以A、B、D正确,C错误。2.一艘油轮装载着密度为9×102kg/m3的原油在海上航行,由于故障而发生原油泄漏。如果泄漏的原油有9t,海面上风平浪静时,这些原油造成的污染面积最大可达到(

)A.108m2 B.109m2C.1010m2 D.1011m2【解析】选D。泄漏的原油的体积为V==10m3,而油分子直径的数量级为10-10m,所以这些原油造成的污染总面积最大为S==1011m2,故D正确。3.(2019·全国卷Ⅲ)用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是______________。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以____________。为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是_______________。【解析】稀释的目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜;为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1mL油酸酒精溶液的滴数,就能得到一滴溶液中纯油酸的体积。为得到油酸分子的直径,我们还需测量出单分子层油膜的面积。答案:见解析【补偿训练】(多选)某同学在用油膜法估测分子直径的实验中,计算结果明显偏大,则可能是由于 (

)A.油酸未完全散开B.油酸中含有大量的酒精C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格D.求每滴体积时,记1mL的溶液的滴数时多记了10滴【解析】选A、C。油酸分子的直径d=,计算结果明显偏大,可能是V取大了或S取小了。油酸未完全散开,舍去了所有不足一格的方格,则所测S偏小,A、C正确;油酸中含有酒精,不影响测量结果,B错误;求每滴体积时,记1mL的溶液的滴数时多记了10滴,则所测V减小,D错误。知识点二

阿伏加德罗常数的理解及应用1.分子的简化模型:实际分子的结构是很复杂的,且形状各异。但如果我们只关心分子的大小,而不涉及分子内部的结构和运动时,既可以把分子看成球形,也可以看成立方体。具体分析如下:(1)固体和液体分子模型:对于固体和液体,可认为分子紧密排列,分子间没有空隙,则VA=NAV0(V0为一个分子的体积,VA为摩尔体积)。①球形分子模型:如图a所示,则直径d==。②立方体分子模型:认为每个分子占据一个相同的立方体空间,该立方体的边长即为分子间的平均距离,边长d=,如图b所示。(2)气体分子模型:对于气体来说,由于气体分子间的距离远大于气体分子的直径,故通过立方体分子模型(不采用球形分子模型),可以估算得到每个气体分子平均占有的空间,而无法得到每个气体分子的实际体积。设每个气体分子占据的空间可看成一个边长为d、体积为V的正方体。气体分子间距离l=d==,如图c所示。(图中黑点代表气体分子所在的位置)2.阿伏加德罗常数的应用:(1)微观量:分子质量m0,分子体积V0,分子直径d。(2)宏观量:物质的质量M、体积V、密度ρ、摩尔质量MA、摩尔体积VA。(3)微观量与宏观量的关系。①分子质量:m0==。②分子体积:V0==(适用于固体和液体)。③物质所含的分子数:N=nNA=NA=NA。④阿伏加德罗常数:NA==(只适用于固体、液体)。⑤气体分子间的平均距离:d==(V0为气体分子所占据空间的体积)。⑥固体、液体分子直径:d==(V0为分子体积)。【思考·讨论】情境:阿伏加德罗常数是一个重要的常数,通常可取NA=6.02×1023mol-1,粗略时可取NA=6.0×1023mol-1。讨论:(1)为什么说阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁?(物理观念)(2)摩尔体积=NA×分子体积,对于任何物质都成立吗?(科学思维)提示:(1)阿伏加德罗常数把摩尔质量和摩尔体积这些宏观量与分子质量和分子体积这些微观量联系起来了,所以说阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。(2)不都成立。固体和液体分子排列比较紧密,分子间距可以忽略,但气体分子间距较大,分子间距不能忽略,故公式只对固体和液体成立,对气体不成立。对气体而言应为摩尔体积=NA×分子占据的体积。【典例示范】(2017·江苏高考)科学家可以运用无规则运动的规律来研究生物蛋白分子。资料显示,某种蛋白的摩尔质量为66kg/mol①,其分子可视为半径为3×10-9m的球②,已知阿伏加德罗常数为6.0×1023mol-1③。请估算该蛋白的密度。(计算结果保留一位有效数字)【审题关键】序号信息提取①66kg/mol为某种蛋白的摩尔质量②3×10-9m为分子半径③6.0×1023mol-1为阿伏加德罗常数【解析】摩尔体积V=πr3NA由ρ=,解得ρ=代入数据得ρ=1×103kg/m3答案:1×103kg/m3

【定向训练】1.某种物质的摩尔质量为M,密度为ρ,阿伏加德罗常数为N,则关于该物质的说法中,不正确的是 (

)A.分子的质量是B.单位体积内分子的个数是C.分子的体积一定是D.平均每个分子占据的空间是【解析】选C。是平均每个分子占据的空间,并不一定是一个分子的体积,C选项错误,选项A、B、D的说法正确。2.