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1、第七章 分子动理论 高中物理选修3 3 7 1物体是由大量分子组成的 热学中所说的分子与化学中所说的分子不同 化学中讲的分子是 具有各种物质的化学性质的最小微粒 实际上构成物质的单元是多种多样的 或是原子 如金属 或是离子 盐类 或是分子 如有机物 在热学中 由于原子 离子 分子这些微粒做热运动时遵从相同的规律 通常统称为分子 一 分子的大小 组成物质的分子是很小的 不但用肉眼不能直接看到它们 就是用光学显微镜也看不到它们 那怎么才能看到分子呢 扫描隧道显微镜 能放大几亿倍 扫描隧道显微镜 1982年用此人类才观测到物质表面原子的排列 我国科学家用扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子的排布图 图中
2、的每个亮斑都是一个碳原子 怎样才能知道分子的大小呢 2 具体做法是 把一滴油酸滴到水面上 油酸在水面上散开形成单分子油膜 如果把分子看成球形 单分子油膜的厚度就可认为等于油膜分子的直径 1 有一种粗略测定分子大小的方法叫油膜法 在用油膜法测定分子的直径时 实际上做了理想化处理 把分子看成球形 把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层 油分子一个紧挨一个整齐排列 d 单分子油酸的直径 V 一滴油酸分子的体积 S 一滴油酸分子的面积 互补法 如何才能求出单分子油膜层的厚度 即分子直径 呢 例 已知体积V 1mm3的一滴油 在水面上形成面积S 3 5m2的油膜 那么这种油分子的直径d为多少m 油膜法估算
3、分子直径公式 分子直径的数量级10 10m 1 体积是10 4cm3的油滴滴于水中 若展开成一单分子油膜 则油膜面积的数量级是 A 102cm2B 104cm2C 106cm2D 108cm2 课堂练习 B 一 分子的大小 分子直径的数量级为 固体 液体 小球模型 气体 立方体模型 实际分子的结构是复杂的 单个分子可看作小球也可看作立方体 小球模型 在计算固 液体分子大小时 作为一个近似的物理模型 可把分子看成是一小球 则 立方体模型 对气体可以把分子当作是一个小立方体 这个小立方体的边长可以看作相当于分子间的平均距离 即 分子直径 气体分子间的平均距离 二 阿伏加德罗常数 1mol的任何物质
4、都含有相同的粒子数 以水分子为例 知道了分子的大小就可以估算阿伏加德罗常数 1 已知每个水分子的直径是 每个分子的体积约为多少 2 我们还知道水的摩尔体积是如果水分子是一个挨一个地排列的 那么1mol水所含的水分子数是多少 思考与讨论 一个水分子的体积 1mol水中所含的水分子数 微观量 分子的质量 分子的体积 分子的直径 宏观量 物体的体积 物体的质量 物质的密度 摩尔质量 摩尔体积 NA 6 02 1023 mol这个数特别巨大 1mol水的的质量是18 10 3Kg 也就相当我们喝一口水的质量 如果全世界60亿人同时来数这些水分子 每人1秒钟数一个 300万年也数不完 二 阿伏加德罗常数
5、 阿伏加德罗常数是联系微观量和宏观量的桥梁 微观量的估算方法 1 固体或者液体分子的估算方法 对固体或液体来说 分子间隙数量级远小于分子大小的数量级 所以可以近似认为分子紧密排列 据这一理想化模型 1mol任何固体或液体都含有NA个分子 其摩尔体积Vmol可以认为是NA个分子体积的总和 分子体积 分子质量 微观量的估算方法 2 气体分子间平均距离的估算 气体分子间的间隙不能忽略 设想气体分子平均分布 且每个气体分子平均占有的空间设想成一个小立方体 据这一微观模型 气体分子间的距离就等于小立方体的边长d 即 d并非分子的直径 微观量的估算方法 3 物质分子所含分子数的估算 关键为求出分子的摩尔数
6、 便可以利用阿伏加德罗常数求出含有的分子数 2 已知阿伏加德罗常数为NA 铜的摩尔质量为M 密度为 均为国际单位 则 A 1m3铜原子含原子数目为 NA MB 1个铜原子质量是M NAC 1个铜原子的体积是M NAD 1kg铜所含原子的数目是 NA ABC 课堂练习 练习 水的分子量18 水的密度为103kg m3 阿伏加德罗常数为NA 6 02 1023个 mol 则 1 水的摩尔质量M 18g mol 2 水的摩尔体积V M 18g cm3 3 一个水分子的质量m0 M NA 2 99 10 26kg 4 一个水分子的体积V0 V NA 2 99 10 23cm3 5 10g水中含有的分子
7、数目N mNA M 3 344 1021 课堂小结 物体是由大量分子构成的 1 分子很小 直径数量级10 10m 单分子油膜法测直径 2 阿佛加德罗常数 计算物质所含的分子数N 如何求阿伏加德罗常数 计算分子的质量m0 Mmol NA Vmol NA 计算分子的体积V0 Vmol NA Mmol NA 2 仅适用于固体 液体 不适用于气体 4 原子量是1mol该物质的质量 以克为单位 固体 液体 气体 练习 已知空气的摩尔质量是 则空气中气体分子的平均质量多大 成年人做一次深呼吸 约吸入450cm3的空气 则做一次深呼吸所吸入的空气质量是多少 所吸入的气体分子数量是多少 按标准状况估算 练习 已知空气的摩尔质量是 则空气中气体分子的平均质量多大 成年人做一次深呼吸 约吸入450cm3的空气 则做一次深呼吸所吸入的空气质量是多少 所吸入的气体分子数量是多少 按标准状况估算 空气分子的平均质量为 2 成年人做一次深呼吸所吸入的空气质量为 所吸入的分子数为 练习 已知 水的摩尔质量是1 8 10 2kg mol 水的密度是1 103kg m3 求水分子的体积 已知NA 6 0 1023mol 1 解
