第1讲分子动理论热力学定律讲义

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1、第1讲 分子动理论 热力学定律厶%微知识-对点练4见学生用书P189微知识1分子动理论的基本观点和实验依据阿伏加德罗常数1. 物体是由大量分子组成的分子很小 直径数量级为10-10 m。 质量数量级为1026 kg。(2)分子数目特别大阿伏加德罗常数Na = 6.02X 1023 mo1O2. 分子的热运动(1) 布朗运动 永不停息、无规则运动。 颗粒越小，运动越显著。 温度越高，运动越剧烈。 运动轨迹不确定，只能用不同时刻的位置连线确定微粒做无规则运动。 不能直接观察分子的无规则运动，而是用悬浮的固体小颗粒的无规则运动来反 映液体分子的无规则运动。(2) 热运动：物体分子永不停息地无规则运动

2、，这种运动跟温度有关(填“有关”或“无关”)。3. 分子间的相互作用力(1) 引力和斥力同时存在，都随分子间距离的增大而减小卫分子间距离的减小而 增大，斥力比引力变化更快。(2) 分子力的特点 r = ro时(ro的数量级为1010 m), F引=F斥，分子力F = 0。 rr时，F QF斥，分子力F表现为引力。 r10r。时，F引、F斥迅速减为零，分子力 F = 0。(3) 分子力随分子间距离的变化图象如图所示。 微知识2温度内能1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 K3. 分子的动能（1）分子动能是分子热运动所具有的

3、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 （2）分子势能的决定因素微观上一一决定于分子间距离和分子排列情况;宏观上一一决定于体积和状态。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 （填“有关”或“无关”）一、 思维辨析（判断正误，正确的画“/”，错

4、误的画“X”。）1. 布朗运动是分子的运动。（X ）2. 分子间相互作用的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小。（V）3. 做功和热传递的实质是相同的。（X ）4. 物体吸收热量同时对外做功，内能可能不变。（V）5. 热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。（X ）二、对点微练1. （微观量的计算）已知铜的摩尔质量为M，铜的密度为p阿伏加德罗常数为Na,F列说法正确的是（）A.1个铜原子的质量为NaMB. 1个铜原子的质量为MC. 1个铜原子所占的体积为MNaPD. 1个铜原子所占的体积为 &解析1 mol铜的质量等于Na个铜原子的质量之和，所以一个铜原子的质量为=nM, A项错

5、误，B项正确；1 mol铜的体积为Mp,这是所有铜原子所占体积的总 和，所以每个铜原子所占的体积为 %，C、D项错误。pN答案 B2. （分子热运动与布朗运动）（多选）下列关于布朗运动的说法，正确的是（）A .布朗运动是液体分子的无规则运动B.液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈 C .布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的D .布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的 解析 布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，不是液体分子的运动，选项A错；液体的温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈，选项B正确；布朗运动是由于液体分子从各个方向对悬浮颗粒撞击作用的不平衡引起的，选

6、项C错，选项D正确。答案 BD3. （分子作用力）（多选）图为两分子系统的势能 Ep与两分子间距离r的关系曲线。 下列说法正确的是（）A. 当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力B. 当r小于口时，分子间的作用力表现为斥力C. 当r等于门时，分子间的作用力为零D. 在r由门变到e的过程中，分子间的作用力做负功解析 本题考查分子力做功与分子势能的关系。对两分子组成的系统，分子力做 正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加。结合图象可知，分子距离 由非常近到R时，Ep减少，分子力做正功；当分子距离由 R到2时，Ep减小，分 子力做正功，故分子力为斥力，A项错，B项对，D项错；分子间距离由2

7、继续增 大时，分子势能增加，说明分子力做负功，即分子间表现为引力，故分子间距离 为2时，分子间作用力为零，C项正确。答案 BC4. （物体的内能）关于温度的概念，下述说法正确的是（）A .温度是分子平均动能的标志，物体温度越高，则分子的平均动能越大B.温度是分子平均动能的标志，温度升高，则物体的每一个分子的动能都增加C .当某物体内能增加时，该物体的温度一定升高D .甲物体的温度比乙物体的温度高，则甲物体分子的平均速率比乙物体分子的平均速率大解析 由分子动理论内容得：温度是分子平均动能的标志，物体温度越高，则分 子的平均动能就越大，所以选项 A正确；温度升高，但是每一个分子的动能不一 定全变大

8、，而是分子的平均动能增加，选项 B错误；物体的内能是由两方面共同 决定的：分子动能和分子势能，所以当物体内能增加时，单一地说该物体的温度 升高是错误的，所以选项 C错误；两个物体温度高低比较，温度高的则分子的平 均动能大，但是不能说明是平均速率大，所以选项D错误。答案A5. （热力学定律）（多选）下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是 （）A .第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律B.能量耗散过程中能量不守恒C .电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律D .能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性解析 第一类永动机是指不消耗能量却可

9、以不断对外做功的机器，违背了能量守 恒定律，A项正确；电冰箱在电机做功情况下，不断地把冰箱内的热量传到外界， 没有违背热力学第二定律，C项错误；D项是热力学第二定律另外一种表述， 故D 项正确。答案 AD见学生用书P佃0微考点 1阿伏加德罗常数及微观量的计算核心|微|讲1. 两种分子模型物质有固态、液态和气态三种情况，不同物态下应将分子看成不同的模型。（1）固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图所示， 分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d= 号（球体模型）或d= 3 V（立方体模型)。(2)气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以气体分子的大

10、小不等于分子所占有的平均空间。如图所示，此时每个分子占有的空间视为棱长 为d的立方体，所以d= 3V。2. 宏观量与微观量的相互关系(1) 微观量：分子体积V。、分子直径d、分子质量m。(2) 宏观量：物体的体积 V、摩尔体积Vm,物体的质量m、摩尔质量M、物体的密 度p(3) 相互关系 一个分子的质量： mo= 走 =#。 一个分子的体积：Vo=冷=%。(注：对气体V。为分子所占空间体积)Na pN 物体所含的分子数-V-m “ 十 mpV,n = Vm Na = pVm Na 或 n= M Na = m Na。 单位质量中所含的分子数：n=器。典|例|微|探【例1】(多选)某气体的摩尔质量

11、为Mmol,摩尔体积为Vmol,密度为P,每个分 子的质量和体积分别为 m和Vo,每个分子占有的体积为 V。则阿伏加德罗常数Na 可表示为()M mol Na =A mB. NaVmolVVmolM molC.心=V。D .心=pVo【解题导思】任何1 mol物质内都含有阿伏加德罗常数个微粒，对吗？答:对。(2)气体的摩尔体积等于每个分子体积的阿伏加德罗常数倍吗？答:不等，气体分子之间距离较大，分子平均占有的体积比分子体积大得多。解析阿伏加德罗常数na=芽=七严=Vr，其中v应为每个气体分子所占有A m m V的体积，而V。是气体分子的体积，故C项错误；D中pv不是气体分子的质量，因而也是错误

12、的答案 AB题|组微练1已知地球大气层的厚度 h远小于地球半径R,空气平均摩尔质量为 M，阿伏加 德罗常数为Na,地面大气压强为po,重力加速度大小为g。由此可估算得，地球 大气层空气分子总数为,空气分子之间的平均距离为。解析 可认为地球大气对地球表面的压力是由其重力引起的，即mg= poS =po x 4 nR2,故大气层的空气总质量m= 4 ,空气分子总数N =器山=4 MgAR。由于h? R,则大气层的总体积 V = 4nR2h,每个分子所占空间设为一个棱长为 a的正方体，则有Na3= V,可得分子间的平均距离a=3 Mgh- PoNa答案 4 tPoNaR23 Mgh答案MgPoNa2

13、. 石墨烯是目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。已知1 g石墨烯展开后面积可以达到 2 600 m2,则每1 m2的石墨烯所含碳原子的个数为。（阿伏加德罗常数 Na = 6.0X 1023mo1，碳的摩尔质量 M=12 g/mol，计算结果保留两位有效数字）解析 由题意可知，1 g石墨烯展开后面积可以达到 2 600 m2,2 1则1 m2石墨烯的质量m = 2600g,则1 m2石墨烯所含碳原子个数 n=器山=1.9X 1019答案 1.9X 1019微考点 2分子力与分子势能核心|微|讲f、名称 项目分子间的相 互作用力F分子势能Ep与分子间距的关系图象11典 |例

14、 |微 |探【例2】 下列关于分子力和分子势能的说法，正确的是 ()A .当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大 B.当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小 C .当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大 D .当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小 【解题导思】(1) 分子力随分子间距离的增大如何变化？答：分子间距离.rm时，分子力表现为引力且随分子.间距离的增大而先增.大后减小一。(2) 分子势能随分子间距离的增大如何变化？答：分子间距离rro时，随分子间距离的.增大分子力做负功，分子势能.增加。一解析 当分子间距离为ro时为平衡位置，当r ro时分子间表现为引力，且分子力 随r的增大而先增大后减小，而分子力做负功，分子势能增大，故A、B项错；当rv ro时分子间表现为斥力，且分子力随着 r的减小而增大，当r减小时分子力做 负功，分子势能增大，故 C项正确，D项错。答案C【反思总结】判断分子势能变化的两种方法1. 根据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. 利用分子势能与分子间距离的关系图线判断但要注意此图线和分子力