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歡迎進(jìn)入物理課堂 7 1 物體是由大量分子組成的 第七章 分子動理論 教學(xué)目標(biāo) 1 在物理知識方面的要求 1 知道一般分子直徑和質(zhì)量的數(shù)量級 2 知道阿伏伽德羅常數(shù)的含義 記住這個(gè)常數(shù)的數(shù)值和單位 3 知道用單分子油膜方法估算分子的直徑 2 培養(yǎng)學(xué)生在物理學(xué)中的估算能力 會通過阿伏伽德羅常數(shù)估算固體和液體分子的質(zhì)量 分子的體積 或直徑 分子數(shù)等微觀量 1 3 53 滲透物理學(xué)方法的教育 運(yùn)用理想化方法 建立物質(zhì)分子是球形體的模型 是為了簡化計(jì)算 突出主要因素的理想化方法 二 重點(diǎn) 難點(diǎn)分析1 重點(diǎn)有兩個(gè) 其一是使學(xué)生理解和學(xué)會用單分子油膜法估算分子大小 直徑 的方法 其二是運(yùn)用阿伏伽德羅常數(shù)估算微觀量 分子的體積 直徑 分子數(shù)等 的方法 2 盡管今天科學(xué)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到很高的水平 但是在物理課上還不能給學(xué)生展現(xiàn)出分子的真實(shí)形狀和分子的外觀 這給講授分子的知識帶來一定的困難 也更突出了運(yùn)用估算方法和建立理想模型方法研究固體 液體分子的體積 直徑 分子數(shù)的重要意義 三 教具1 幻燈投影片或課件 水面上單分子油膜的示意圖 離子顯微鏡下看到鎢原子分布的圖樣 2 演示實(shí)驗(yàn) 演示單分子油膜 油酸酒精溶液 1 200 滴管 直徑約20cm圓形水槽 燒杯 畫有方格線的透明塑料板 閱讀課文 回答以下問題 這里所說的分子與化學(xué)中所說的分子有何不同 答 化學(xué)中講的分子是 具有物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)的最小微粒 物理中所說的分子指的是 做熱運(yùn)動時(shí)遵從相同規(guī)律的微粒 包括組成物質(zhì)的原子 離子或分子 一 分子的大小 組成物質(zhì)的分子是很小的 不但用肉眼不能直接看到它們 就是用光學(xué)顯微鏡也看不到它們 那怎么才能看到分子呢 我國科學(xué)家用掃描隧道顯微鏡拍攝的石墨表面原子的排布圖 圖中的每個(gè)亮斑都是一個(gè)碳原子 用掃描隧道顯微鏡 能有放大幾億倍 一 掃描隧道顯微鏡 掃描隧道顯微鏡拍攝的石墨表面原子排布圖 分子的大小 放大上億倍的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)模型 怎樣才能知道分子的大小呢 2 具體做法是 把一滴油酸滴到水面上 油酸在水面上散開形成單分子油膜 如果把分子看成球形 單分子油膜的厚度就可認(rèn)為等于油膜分子的直徑 1 有一種粗略測定分子大小的方法叫油膜法 那么如何才能求出單分子油膜層的厚度 即分子直徑 呢 1 先測出油酸滴的體積V 2 測出水面上漂浮的油膜的表面積S 3 單分子油膜的厚度等于油滴體積V與油膜面積S的比值 方法小結(jié) 通過測量較大量來研究較小量 在用油膜法測定分子的直徑時(shí) 實(shí)際上做了理想化處理 請問 有哪些地方做了理想化處理 把分子看成球形 答 把滴在水面上的油酸層當(dāng)作單分子油膜層 3 油分子一個(gè)緊挨一個(gè)整齊排列 一些數(shù)據(jù)太大或很小 為了書寫方便 習(xí)慣上用科學(xué)記數(shù)法寫成10的乘方數(shù) 如3 10 10m 我們把10的乘方數(shù)叫做數(shù)量級 1 10 10m和9 10 10m 數(shù)量級都是10 10m 一般分子直徑的數(shù)量級為10 10m 除少數(shù)有機(jī)物大分子以外 數(shù)量級 例1 將1cm3油酸溶于酒精 制成200cm3的油酸酒精溶液 已知1cm3溶液有50滴 現(xiàn)取1滴油酸酒精溶液滴到水面上 隨著酒精溶于水 油酸在水面上形成一單分子薄層 已測出這一薄層的面積為0 2m2 由此可估測油酸分子直徑是多少 1滴油酸酒精的體積為1 50cm3其中含油酸體積為10 10m3油酸膜的厚度為5 10 10m 練習(xí)1 體積是10 4cm3的油滴滴于水中 若展開成一單分子油膜 則油膜面積的數(shù)量級是 A 102cm2B 104cm2C 106cm2D 108cm2 B 固體 液體 小球模型 氣體 立方體模型 分子 分子模型 在計(jì)算固液體分子大小時(shí) 作為一個(gè)近似的物理模型 可把分子看成是一小球 則 對氣體可以把分子當(dāng)作是一個(gè)小立方體 這個(gè)小立方體的邊長可以看作相當(dāng)于分子間的平均距離 即 以上兩式中d表示分子的直徑 V表示固液體分子的體積或氣體分子所占的空間體積 二 阿伏加德羅常數(shù) 1 回憶化學(xué)中學(xué)過的阿伏加德羅常數(shù) 1mol的任何物質(zhì)都含有相同的粒子數(shù) 這個(gè)數(shù)就叫阿伏加德羅常數(shù) 例2 已知水的摩爾體積是1 8 10 5m3 mol 每個(gè)水分子的直徑是4 10 10m 設(shè)想水分子是一個(gè)挨一個(gè)排列的 求1mol水中所含的水分子數(shù) 2 根據(jù)分子的大小 可以計(jì)算出阿伏加德羅常數(shù) 一個(gè)分子的體積 1mol水中所含的水分子數(shù) 6 0 1023mol 1 N 練習(xí)2 由油滴實(shí)驗(yàn)測得油酸分子的直徑為1 12 10 9m 已知油酸的密度為6 37 102kg m3 已知油酸的摩爾質(zhì)量為282g mol 試求阿伏加德羅常數(shù) 解 設(shè)想油酸分子一個(gè)挨一個(gè)排列 1mol油酸分子的質(zhì)量為M 密度為 油酸分子的直徑為d 把每個(gè)油酸分子當(dāng)作小球 則其體積為 1mol油酸的體積 1mol油酸所含的微粒數(shù) 即阿伏加德羅常數(shù)為NA NA 6 1023mol 1 應(yīng)用 1 已知物質(zhì)的摩爾質(zhì)量M 物體的密度p 阿伏加德羅常數(shù)NA 物質(zhì)的質(zhì)量m則 分子的質(zhì)量m分子 M NA分子的體積v分子 V摩爾 NA M p NA所含有的分子數(shù)N 摩爾數(shù) NA m M NA標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 1mol氣體的體積為22 4升 v升氣體含有的分子數(shù)N v V摩爾 NA注意 上式對氣體不適用 求得的分子體積應(yīng)是氣體分子占有的空間 2 應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù) A 計(jì)算物質(zhì)所含的粒子數(shù) 例3 求 1cm3水中含有的分子數(shù) 1mol水的質(zhì)量是0 018kg B 計(jì)算分子的質(zhì)量 分子質(zhì)量的數(shù)量級 10 26 10 27kg 例4 已知 水和氫氣的摩爾質(zhì)量分別是1 8 10 2kg mol和2 10 3kg mol 求水分子和氫分子的質(zhì)量 已知NA 6 0 1023mol 1 C 計(jì)算分子的體積 不適用于求氣體分子的體積但能計(jì)算氣體分子所占的空間體積 例5 已知 水的摩爾質(zhì)量是1 8 10 2kg mol 水的密度是1 103kg m3 求水分子的體積 已知NA 6 0 1023mol 1 例6 若已知鐵的原子量是56 鐵的密度是7 8 103kg m3 求 1 質(zhì)量是1g的鐵塊中鐵原子的數(shù)目 取1位有效數(shù)字 2 計(jì)算出鐵原子的直徑是多少米 例題 已知空氣的摩爾質(zhì)量是 則空氣中氣體分子的平均質(zhì)量多大 成年人做一次深呼吸 約吸入450cm3的空氣 則做一次深呼吸所吸入的空氣質(zhì)量是多少 所吸入的氣體分子數(shù)量是多少 按標(biāo)準(zhǔn)狀況估算 解析 空氣分子的平均質(zhì)量為 2 成年人做一次深呼吸所吸入的空氣質(zhì)量為 所吸入的分子數(shù)為 隨堂練習(xí) 1 下列哪一組已知數(shù)據(jù)中能求出阿伏加德羅常數(shù) A物質(zhì)分子的質(zhì)量和體積B物體的質(zhì)量和它的摩爾質(zhì)量C物體的質(zhì)量 密度和它的分子體積D物體的摩爾體積 密度及其分子質(zhì)量 D D 2 1克水中含有的水分子個(gè)數(shù)為 A6 02 1023B3 01 1023C6 02 1022D3 34 1022 3 2004年浙江高考 若以 表示水的摩爾質(zhì)量 表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的摩爾體積 為表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的密度 NA為阿伏加德羅常數(shù) m 分別表示每個(gè)水分子的質(zhì)量和體積 下面是四個(gè)關(guān)系式 NA m NA m NA NA其中A 和 都是正確的 B 和 都是正確的 C 和 都是正確的 D 和 都是正確的 答案 B 4 已知阿伏加德羅常數(shù)為NA 銅的摩爾質(zhì)量為M 密度為 均為國際單位 則 A 1m3銅原子含原子數(shù)目為 NA MB 1個(gè)銅原子質(zhì)量是M NAC 1個(gè)銅原子的體積是M NAD 1kg銅所含原子的數(shù)目是 NA ABC 5 只要知道下列哪一組物理量 就可以估算出氣體中分子的平均距離 A 阿伏加德羅常數(shù) 該氣體的摩爾質(zhì)量和質(zhì)量B 阿伏加德羅常數(shù) 該氣體的摩爾質(zhì)量和密度C 阿伏加德羅常數(shù) 該氣體的摩爾質(zhì)量和體積D 該氣體的密度 體積和摩爾質(zhì)量 B 6 下列數(shù)據(jù)能求出阿伏加德羅常數(shù)的是 A 水的密度和水的摩爾質(zhì)量B 水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積C 水分子的體積和水分子的質(zhì)量D 水分子的質(zhì)量和水的摩爾質(zhì)量 D 7 水的分子量18 水的密度為103kg m3 阿伏加德羅常數(shù)為NA 6 02 1023個(gè) mol 則 1 水的摩爾質(zhì)量M 18g mol 2 水的摩爾體積V M 18 1 18g cm3 3 一個(gè)水分子的質(zhì)量m0 M NA 18 6 02 1023 2 99 10 26kg 4 一個(gè)水分子的體積V0 V NA 2 99 10 23cm3 5 10g水中含有的分子數(shù)目N mNA M 3 344 1021 8 估算在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體分子間的距離 解 將每個(gè)空氣分子所占據(jù)的空間設(shè)為小立方體 則小立方體的邊長為氣體分子間的距離 V摩爾 22 4 10 3m3 NA d3 V摩爾d V摩爾 NA 1 3 22 4 10 3 6 02 1023 1 3m 3 8 10 9m 小結(jié) 1 一般物體中的分子數(shù)目是很大的 2 一般分子的質(zhì)量也是很小的 一般分子質(zhì)量數(shù)量級是10 26Kg3 阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁 通過該常數(shù)把摩爾質(zhì)量 摩爾體積跟分子質(zhì)量 分子大小等微觀物理量聯(lián)系起來了 一般分子直徑的數(shù)量級為10 10m 分子的模型 把分子看成球形或正方體模型 再見 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全