《第八章 分子热运动 能量守恒 气体》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八章 分子热运动 能量守恒 气体（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章分子热运动能量守恒气体知识网络结构第一节分子动理论内能能量守恒一、分子动理论的基本内容1 一切宏观物体都是由组成的。分子是具有物质的化学性质的最小微粒。（1）分子大小：分子直径大约为的数量级。可通过粗略测量分子直径。油膜法：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酸分子的直径。油膜法进行了以下理想化处理：把滴在水上的油酸层当做单分子油膜。把分子看成球形。公式： ，V 是油滴的体积，S 是水面上形成的单分子油膜的面积。dV 的测量。用滴管吸入一定体积的油，记下其体积 V0，然后均匀地往外滴出，数出油滴滴数 n，则每滴油的体积：
2、n0在测量中，油滴体积的测量误差是最大的，为了提高测量的精确程度，往往不用纯油酸做实验，而是用酒精和油酸的混合液做实验，若油酸的浓度为 的话，则一滴体积为 V的混合液中含净油酸的体积为：nV0这样，如果测量中油滴体积的误差为 ，则实际误差就是： ，有VV效减小误差。（2）分子质量每个分子的质量，因物质不同而质量大小也不一样，一般可由公式计算。（M A 代表摩尔质量， NA 代表阿伏加德罗常数）Nm2 分子在永不停息地的热运动。（1）实验依据：现象和运动。（2）扩散现象。定义：两种不同的物质接触后，彼此进入到对方中去的现象，叫做扩散现象。具体实验：棕色的二氧化氮扩散，蓝色的硫酸铜扩散。扩散的快慢
3、跟什么因素有关呢？在做这个实验中，在滴入墨水时，需要注意什么？如果从较高处滴入墨水，墨水在水中下降时沿途留下墨迹，这算是扩散运动吗？扩散运动的特点：扩散运动的快慢与有关，温度越高，扩散越。扩散现象的微观机理是物质分子所导致的。（3）布朗运动。布朗运动：是 1827 年英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉，发现这些花粉颗粒不停地做无规则的运动，这种运动叫做布朗运动。追踪一个微粒的运动，每隔 30s 记录一次这个微粒的位置，然后用直线把这些位置依次连接起来。图中记录了三个微粒运动的径迹（不是轨迹！），实际上，就是在短短的 30s 内，小颗粒也不是沿着图中的直线运动的。布朗微粒三个相同概念：
4、“小颗粒”、“微粒”和“布朗微粒”。微粒（小，小到肉眼看不见，在显微镜下能看到），凡是能用肉眼直接看到的粒子所做的运动，都不能称为布朗运动，更不是分子的运动。布朗微粒的大小约为 ，分子直径约 。说明布朗微粒中包含大量的分子（约为 个）。m61010 210例 1有时我们在较暗的房间里。观察到阳光射入的光柱中有悬浮在空气里的颗粒在飞舞着，这可以说是布朗运动吗？为什么？布朗运动产生原因的微观解释：悬浮在液体中的微粒被液体分子所包围，不断受到液体分子的撞击，而每个撞击的液体分子给微粒一定的冲击力，由于微粒体积足够小，某一瞬间与它碰撞的分子数目，各个方向不相同，微粒受到的冲力就不平衡，这样微粒的运动，
5、就没有一定的规律，运动轨迹也就杂乱无章。布朗粒子的运动不是分子的运动，因为布朗粒子本身包含着千千万万个分子，布朗运动由于是液体分子撞击的结果，所以布朗运动可以反映液体分子的运动，布朗运动的无规则性，也反映了液体分子运动的无规则性。布朗粒子运动的轨迹不是分子运动的轨迹。布朗运动的特点：A永不停息（除非液体干涸）。B微粒越小，微粒运动越明显。C微粒运动路径是杂乱的，无一定规律。D微粒的运动与液体温度有关，温度越高，运动越激烈。例 2下图中关于布朗运动的实验，下列说法正确的是（）A图中记录的是分子无规则运动的情况B图中记录的是微粒作布朗运动的轨迹C实验中可以看到，微粒越大，布朗运动越明显D实验中可以
6、看到，温度越高，布朗运动越明显（4）热运动分子的热运动：由于扩散现象和布朗运动都与温度有关，这就反映了分子的运动也与温度有关，温度越高分子运动越激烈。这种无规则的分子运动与温度有关的现象叫分子的热运动，也叫热运动。宏观的热现象：是物质内部大量分子的热运动的表现。热运动与机械运动的区别：热运动是大量分子的自发运动形成的，是热运动，分子热运动时速度是很大的，一般达到几百米每秒。但分子在单位时间内的宏观位移却是很小，因为分子要不断地与其他分子发生碰撞，运动方向不断改变，故单位时间内宏观位移很小。机械运动：宏观物体的单一方向运动。根据计算，一秒钟内一个分子和其他分子碰撞的平均次数约为 (几十亿) 次，
7、由于气体分子之间极其频繁地碰撞，其经历的路线是一条迂回曲折的折线，使气体分子的运动速度的大小和方向瞬息万变，杂乱无章，这就是气体分子热运动的不规则性3分子之间存在相互作用力物体由大量分子组成，那么在物体的内部，分子是怎样排列的呢？是紧密地挨在一起呢？还是分子间存在空隙的呢？有什么证据？例 3能够说明分子间有空隙的有（）A任何物体都能被压缩B密闭钢管中的油在较长时间或高压下会溢出C饼干被做成压缩饼干，体积减小许多D酒精和水混合后体积减小既然分子间存在空隙，那为什么固体、液体却可以保持一定的形状呢？说明分子间存在相互作用力的事实：用力拉物体，物体没有分开，说明分子间存在引力；用力压物体，固体、液体
8、却很难被压缩，说明分子间存在斥力。一些力的图象：请大家画出力： ， ， 的 Fx 图象。kxF2k研究表明，分子间同时存在着引力和斥力，它们的大小都跟分子间的距离有关。引力和斥力与分子间的距离 r 的关系如图所示。由图可知，分子间的引力随 r 的增大而，斥力随 r 的增大而，的变化快。请大家画出分子受引力和斥力的合力的图象。分子之间的距离大约为分子直径的数量级（ ）时，引力和斥力m10的大小相等，分子处于平衡状态，分子力为零，这个距离用 表示。0r当分子间的距离 时，分子引力小于分子斥力，分子力显斥力。0r当分子间的距离 时，分子引力与分子斥力相等，分子力为零。0r如固体。当分子间的距离 时，
9、分子引力大于分子斥力，分子力显引0r力如液体和实际气体。当分子间距离大于 10 倍分子直径的数量级时，分子引力和分子斥力都趋于零，分子力近似为零。如理想气体。注意：分子力是短程力。分子力不是万有引力，也不是静电力。实验：感受分子力。思考：如果本实验中，玻璃板是竖直放入水中，提起来的力还需要那么大吗？为什么？例 3如图所示，甲分子固定在坐标原点 O，乙分子位于 x 轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示。a、b、c、d为 x 轴上四个特定的位置。现把乙分子从 a 处由静止释放，则（）A乙分子从 a 到 b 做加速运动，由 b 到 c 做减速运动B乙分子从 a 到 c 做加
10、速运动，到达 c 时速度最大C乙分子从 a 到 b 的过程中，两分子间的分子势能一直减少D乙分子从 b 到 d 的过程中，两分子间的分子势能一直增加规律与方法1三个关系式阿伏加德罗常数 是联系宏观量和微观量的桥梁。在寻找宏观与微观AN量的联系时，常用到下面三个关系式：已知某物质的摩尔质量 、摩尔体积 或密度 ，如何求得该物质分AMAV子的质量、体积、直径？ 一个分子的质量： 一个分子的体积：分子的直径：（球形模型），（立方体模型）（两种计算方式相差多大？） 物体所含的分子数：ANMmANVv36vd3vdAAAA Vmn 2分子大小的估算对固体和液体，可以近似地认为分子是一个挨一个紧密排列在一
11、起的。处理固、液分子的大小，有两个途径：可以把分子看成球体，则每个分子的体积为 ；也可以把分子看成正方体，则每个分子的体积6343dRv。若考查气体分子间距，不能认为气体分子紧密排列在一起，求解分3a子间的平均距离，只能根据一个气体分子占据的空间体积求解。无论是将分子看成球体还是立方体，都只是一种简化的模型，是一种近似处理的方法。由于建立的模型不同，得出的结果稍有不同，但数量级都是 。处10理这类问题，我们遵循的原则是：在估算固体或液体分子线度或分子间距离时，一般采用球模型，在估算气体分子间的距离时，一般采用立体模型。例 4已知水的密度 ，水的摩尔质量3/10.mkg，求：molkgMA/10
12、8.2（1）1cm 3 的水中有多少个水分子？（2）估算一个水分子的直径多大？例 5试估算氢气分子在标准状态下的平均距离。例 6只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体中分子的平均距离（）A阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和质量B阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和密度C阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和体积D该气体的密度，体积和摩尔质量二、物体的内能1分子的平均动能分子在做无规则运动，既然有运动，那么分子就有动能，其动能仍可用 计算。由同种物质组成的一个物体，其分子的质量是相同的，它们2mv的速度大小也相同吗？。物体内速度大小的分布特点：（了解性，拓宽性）同一个物体内，分子的速度并不尽相同，
13、有的分子速度大些，有的速度小些。我们学过“蒸发” ，蒸发是如何形成的？原来液体中的分子速度并不相同，总有一些分子的速度大到能够克服液面其它分子的吸引，跑到液体外面去，成为气体分子，液体变为气体，这就是蒸发。一个物体内的大量分子，绝大多数分子的速度是相同或相近的，只有少部分分子的速度过大或过小。如图所示：在热现象中，我们所关心的不是物体里每个分子的动能，而是所有分子的动能的平均值。物体内大量分子动能的平均值叫分子的平均动能。因此，一个物体内所有分子的动能之和： kAkk ENMmEn00在微观上，分子运动越激烈，宏观上表现出来的结果就是物体的温度越高，温度的本质就是大量分子的无规则运动的激烈程度
14、。分子运动越激烈，温度就越高。反过来，物体的温度越高，意味着分子的运动就越激烈，分子的平均动能就越大，因此温度是物体分子热运动的平均动能的标志。大量分子平均动能的大小就取决于温度，温度越大，平均动能就越大。注意：温度是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义，对于个别分子是没有意义的。温度决定的是分子的平均动能而不是平均速率。分子动能与物体的宏观机械运动无关。例 7对分子的平均动能的正确理解为（）A温度为 的氢气分子平均动能和温度为 的氧气分子的平均C20 C20动能相同B物体的速度越大，其分子平均动能也越大C只要物体的温度升高，物体中每个分子的动能都增加D只要分子平均动能增加，温度就升高2分子
15、的势能由于分子之间存在着相互作用力，并且它们具有相对位置，因此分子之间也存在势能，这种势能叫分子势能。请大家根据分子力的特点，试分析分子势能的特点：思考：分子在什么位置时的分子势能最小？在无穷远处？ 处？还0r是 处？0r在 处势能为零吗？0r势能是相对量，跟选取的参考点有关，没有选定参考点，无法判定某一点的势能的值是多大。若以无穷远处为零势能面，请试着画出分子势能的 图象。rEP分子势能的 图象rEP分子的势能在微观上由分子间的距离决定，在宏观上是由物体的体积决定。当物体体积改变时，分子间的距离会变化，所以分子势能也改变。大多数物质是体积越大，分子的势能也越大；也有少数反常物质（如冰、铸铁、锑等），体积大，可能分子势能反而小。分子势能与物体宏观位置无关。一个物体内所有分子的势能之和： )()(00 rENMmrEnPAPP 例 4关于分子的势能，下列说法中正确的是()A分子间表现为斥力时，分子间距离变小，分子势能越大B分子间表现为引力时，分子间距离变小，分子势能越大C理想气体的体积变化，并不改变分子势能D将物体以一定初速度竖直上抛，物体在上升阶段
