第十二章分子动理论气体精.docx

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第十二章分子动理论气体精

第十二章分子动理论气体

课时安排：

2课时

教学目标：

1．知道分子动理论的内容

2．能够用分子动理论的相关知识分析有关热现象

3．气体实验定律，能够运用气体状态方程分析解决有关问题

本讲重点：

分子动理论的内容，气体实验定律

本讲难点：

1．用分子动理论的相关知识分析有关热现象

2．运用气体状态方程分析解决有关问题

考点点拨：

1．分子动理论

2．物体的内能

3．气体实验定律和理想气体状态方程

4．气体热现象的的微观意义

第一课时

一、考点扫描

（一）知识整合

1．分子动理论

分子动理论是从物质微观结构的观点来研究热现象的理论。

它的基本内容是：

，，。

（1）物体是由大量分子组成的

这里的分子是指构成物质的单元，可以是、，也可以是分子。

在热运动中它们遵从相同的规律，所以统称为分子。

①这里建立了一个理想化模型：

把分子看作是，所以求出的数据只在数量级上是有意义的。

一般认为分子直径大小的数量级为m。

②固体、液体被理想化地认为各分子是排列的，每个分子的体积就是每个分子平均占有的空间。

分子体积=物体体积÷分子个数。

③气体分子仍视为小球，但分子间距离较大，不能看作一个挨一个紧密排列，所以气体分子的体积远小于每个分子平均占有的空间。

每个气体分子平均占有的空间看作边长的正立方体。

④，是联系微观世界和宏观世界的桥梁。

它把物质的摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量和分子质量、分子体积这些微观物理量联系起来了。

NA=6.02×1023mol-1

（2）分子的热运动

物体里的分子永不停息地做无规则运动，这种运动跟温度有关，所以通常把分子的这种运动叫做热运动。

①和都可以很好地证明分子的热运动。

②布朗运动：

是指的无规则运动。

布朗运动成因：

。

影响布朗运动剧烈程度因素：

，。

（3）分子间的相互作用力

①分子力有如下几个特点：

①分子间同时存在引力和斥力，分子力是引力和斥力的；②引力和斥力都随着距离的增大而；③斥力比引力变化得。

②分子间作用力（指引力和斥力的合力）随分子间距离而变的规律是：

①rr0时表现为；④r>10r0以后，分子力变得十分微弱，可以忽略不计。

2．单分子油膜法测定分子的直径

①把在水面上尽可能散开的油膜视为。

②把形成单分子油膜的分子视为排列的形分子，把分子看作小球，这就是分子的理想化模型。

③利用单分子油膜法可测定分子的直径d=V／S，其中V是，S是水面上形成的单分子油膜的。

3．内能

（1）做热运动的分子具有的动能叫分子动能。

温度是物体分子热运动的平均动能的标志。

温度越高，分子做热运动的平均动能越大。

（2）由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。

分子力做正功时分子势能；分子力作负功时分子势能。

分子势能与物体的有关。

（3）和的总和叫做物体的内能。

物体的内能跟物体的和都有关系：

温度升高时物体内能；体积变化时，物体内能变化。

4．气体热现象的微观解释及气体实验定律

（1）用分子动理论解释气体压强的产生（气体压强的微观意义）。

气体的压强是____________________________产生的。

压强的大小跟两个因素有关：

①；②___________________________。

（2）气体的体积、压强、温度间的关系：

①一定质量的气体，在温度不变的情况下，体积减小时，________________增大，压强。

写出玻意耳定律的公式：

_________________

②一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度升高，增大，体积。

写出盖•吕萨克定律的公式：

_________________

③一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度升高，增大，压强。

写出查理定律的公式：

_________________

（3）理想气体状态方程为：

_____________________

（二）重难点阐释

布朗运动是指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动。

关于布朗运动，要注意以下几点：

①形成条件是：

只要微粒足够小。

②微粒越小、温度越高，布朗运动越激烈。

③观察到的是固体微粒（不是液体，不是固体分子）的无规则运动，反映的是液体分子运动的无规则性。

④实验中描绘出的是某固体微粒每隔30秒的位置的连线，不是该微粒的运动轨迹。

二、高考要点精析

（一）分子动理论

☆考点点拨

分子动理论是从物质微观结构的观点来研究热现象的理论。

它的基本内容是：

物体是由大量分子组成的，分子永不停息地做无规则运动，分子间存在相互作用力。

进行有关估算时要注意：

（1）固体、液体被理想化地认为各分子是一个挨一个紧密排列的，每个分子的体积就是每个分子平均占有的空间。

分子体积=物体体积÷分子个数。

（2）气体分子仍视为小球，但分子间距离较大，不能看作一个挨一个紧密排列，所以气体分子的体积远小于每个分子平均占有的空间。

每个气体分子平均占有的空间看作以相邻分子间距离为边长的正立方体。

（3）阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1，是联系微观世界和宏观世界的桥梁。

它把物质的摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量和分子质量、分子体积这些微观物理量联系起来了。

【例1】根据水的密度为ρ=1.0×103kg/m3和水的摩尔质量M=1.8×10-2kg,，利用阿伏加德罗常数，估算水分子的质量和水分子的直径。

解析：

每个水分子的质量m=M/NA=1.8×10-2÷6.02×1023=3.0×10-26kg；水的摩尔体积V=M/ρ，把水分子看作一个挨一个紧密排列的小球，则每个分子的体积为v=V/NA,而根据球体积的计算公式，用d表示水分子直径，v=4πr3/3=πd3/6，得d=4×10-10m

【例2】下面关于分子力的说法中正确的有：

A．铁丝很难被拉长，这一事实说明铁丝分子间存在引力

B．水很难被压缩，这一事实说明水分子间存在斥力

C．将打气管的出口端封住，向下压活塞，当空气被压缩到一定程度后很难再压缩，这一事实说明这时空气分子间表现为斥力

D．磁铁可以吸引铁屑，这一事实说明分子间存在引力

解析：

A、B正确。

无论怎样压缩，气体分子间距离一定大于r0，所以气体分子间一定表现为引力。

空气压缩到一定程度很难再压缩不是因为分子斥力的作用，而是气体分子频繁撞击活塞产生压强的结果，应该用压强增大解释，所以C不正确。

磁铁吸引铁屑是磁场力的作用，不是分子力的作用，所以D也不正确。

【例3】观察布朗运动时，下列说法中正确的是

A．温度越高，布朗运动越明显

B．大气压强的变化，对布朗运动没有影响

C．悬浮颗粒越大，布朗运动越明显

D．悬浮颗粒的布朗运动，就是构成悬浮颗粒的物质的分子热运动

解析：

A选项正确。

布朗运动是悬浮的固体小颗粒的运动，间接的反映了液体分子的运动。

其剧烈程度与温度、颗粒大小有关，温度越高，布朗运动越明显，颗粒越小，布朗运动越明显。

点评：

学生容易出现的错误，认为大气压强的变化对布朗运动会产生影响；把布朗运动和分子热运动混为一谈。

☆考点精炼

1．利用阿伏加德罗常数，估算在标准状态下相邻气体分子间的平均距离D。

2．从下列哪一组数据可以算出阿伏伽德罗常数?

（）

A．水的密度和水的摩尔质量

B．水的摩尔质量和水分子的体积

C．水分子的体积和水分子的质量

D．水分子的质量和水的摩尔质量

3．

如图所示．设有一分子位于图中的坐标原点O处不动，另一分子可位于x轴上不同位置处．图中纵坐标表示这两个分子间分子力的大小，两条曲线分别表示斥力和引力的大小随两分子间距离变化的关系，e为两曲线的交点．则（）

A．ab表示吸力，cd表示斥力，e点的横坐标可能为10-15m

B．ab表示斥力，cd表示吸力，e点的横坐标可能为10-10m

C．ab表示吸力，cd表示斥力，e点的横坐标可能为10-10m

D．ab表示斥力，cd表示吸力，e点的横坐标可能为10-15m

（二）物体的内能

☆考点点拨

物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。

物体的内能跟物体的温度和体积都有关系：

温度升高时物体内能增加；体积变化时，物体内能变化。

分析分子势能的变化是可以通过分析分子力做功的情况来确定。

【例4】下列说法中正确的是

A．物体自由下落时速度增大，所以物体内能也增大

B．物体的机械能为零时内能也为零

C．物体的体积减小温度不变时，物体内能一定减小

D．气体体积增大时气体分子势能一定增大

解析：

物体的机械能和内能是两个完全不同的概念。

物体的动能由物体的宏观速率决定，而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定。

分子动能不可能为零（温度不可能达到绝对零度），而物体的动能可能为零。

所以A、B不正确。

物体体积减小时，分子间距离减小，但分子势能不一定减小，例如将处于原长的弹簧压缩，分子势能将增大，所以C也不正确。

由于气体分子间距离一定大于r0，体积增大时分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大，所以D正确。

☆考点精炼

4．关于分子势能的下面说法中，正确的是（）

A．当分子距离为r0（平衡距离）时分子势能最大

B．当分子距离为r0（平衡距离）时分子势能最小，但不一定为零

C．当分子距离为r0（平衡距离）时，由于分子力为零，所以分子势能为零

D．分子相距无穷远时分子势能为零，在相互靠近到不能再靠近的过程中，分子势能逐渐增大

第二课时

（三）气体实验定律和理想气体状态方程

☆考点点拨

（1）玻意耳定律描述了气体的等温变化规律：

一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。

公式：

常量，或

一定质量的某种气体，等温变化的p-V图象是双曲线，称为等温线。

一定质量的气体，不同温度下的等温线不同。

（2）查理定律描述了气体的等容变化规律：

一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。

公式：

C是比例常数。

或

一定质量的某种气体，等容变化的p-T图象是过原点的直线，称为等容线。

一定质量的气体，不同体积下的等容线不同。

（3）盖－吕萨克定律描述了气体的等压变化规律：

一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成正比。

公式：

C是比例常数。

或

一定质量的某种气体，等压变化的V-T图象是过原点的直线，称为等压线。

一定质量的气体，不同压强下的等压线不同。

（4）理想气体的状态方程：

一定质量的某种理想气体在从一个状态1变化到另一个状态2时，尽管其p、T、V都可能改变，但是压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。

公式：

常数。

或

☆考点点拨

【例5】一定质量的理想气体，要使气体温度在经过不同的状态变化过程后返回初始状态的温度，可能的过程是（）

A．先等压膨胀，后等容降压

B．先等压压缩，后等容降压

C．先等容升压，后等压膨胀

D．先等容降压，后等压压缩

解析：

本题采用图解法直观。

先作出气体的p－V图线，如图，设气体的初状态为Q，作出过Q的等温线（双曲线），然后画A选项的过程图线如①，（其中平行V轴为等压膨胀过程，平行p轴线段为等容降压过程），可见过程图①能与等温线相交，即能返回到Q状态的温度，故A选项正确。

同理可作出B、C、D三选项的图线分别如图②、③、④，都不能与过Q点的等温线相交，故B、C、D选项不正确。

答案：

A

【例6】如图所示，表示一定质量的理想气体沿箭头所示的方向发生状态变化的过程，则该气体压强变化情况是（）

A．从状态c到状态d，压强减小

B．从状态d到状态a，压强增大

C．从状态a到状态b，压强增大

D．从状态b到状态c，压强不变

解析：

在V－T图象中等压线是过坐标原点的直线。

故可在图中作过a、b、c、d四点的等压线（图中虚线）。

由理想气体状态方程知

可见，当压强增大时，等压线的斜率k=

变小。

由图中比较可确定

答案：

AC

【例7】甲、乙两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种气体，已知甲、乙容器中气体的压强分别为p甲、p乙，且p甲

则（）（2004年，江苏）

A．甲容器中气体的温度高于乙容器中气体的温度

B．甲容器中气体的温度低于乙容器中气体的温度

C．甲容器中气体分子的平均动能小于乙容器中气体分子的平均动能

D．甲容器中气体分子的平均动能大于乙容器中气体分子的平均动能

解析：

据理想气体的状态方程可知，

，因为p甲

气体的温度直接反映出气体分子的平均动能大小，故C对。

答案：

BC

☆考点精炼

5．一定质量的理想气体处于某一平衡状态，此时其压强为p0，有人设计了四种途径，使气体经过每种途径后压强仍为p0。

这四种途径是①先保持体积不变，降低压强，再保持温度不变，压缩体积②先保持体积不变，使气体升温，再保持温度不变，让体积膨胀③先保持温度不变，使体积膨胀，再保持体积不变，使气体升温④先保持温度不变，压缩气体，再保持体积不变，使气体降温。

可以断定（）（2004年，全国）

A．①、②不可能B．③、④不可能

C．①、③不可能D．①、②、③、④都可能

6．一定质量的理想气体（）（2003年，江苏）

A．先等压膨胀，再等容降温，其温度必低于起始温度

B．先等温膨胀，再等压压缩，其体积必小于起始体积

C．先等容升温，再等压压缩，其温度有可能等于起始温度

D．先等容加热，再绝热压缩，其内能必大于起始内能

（四）气体热现象的的微观意义

☆考点点拨

（1）气体分子运动的特点：

大量分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率却按一定的规律分布，温度越高，分子的热运动越激烈。

（2）气体热现象的的微观意义：

从微观的角度看，气体的压强是大量气体分子频繁撞击器壁而产生的。

气体分子的平均动能决定于温度，分子的密集程度决定于体积。

所以：

气体压强与温度和体积有关。

一定质量的气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的；体积保持不变时，分子的密集程度保持不变；温度升高时，分子的平均动能增大。

【例8】一定质量的气体，在等温变化过程中，下列物理量中不发生改变的有（）

A．分子的平均速率B．单位体积内的分子数

C．气体的压强D．分子总数

解析：

气体等温变化过程中，温度保持不变，温度是分子平均动能大小的标志，故分子的平均速率不变，A正确；气体的压强和体积都可以变化，故单位体积内的分子数会变化，B、C都错误，气体质量不变，则分子总数不变，D正确。

答案：

AD

【例9】封闭在容积不变的容器中的气体，当温度升高时，则气体的（）

A．分子的平均速率增大B．分子密度增大

C．分子的平均速率减小D．分子密度不变

解析：

容器的容积不变，则分子密度不变，B错D对；当温度升高时，气体的分子平均动能增大，分子的平均速率增大，A对C错。

答案：

AD

☆考点精炼

7．一定质量气体作等容变化，温度降低时，气体的压强减小，这时（）

A．分子平均动能减小

B．分子与器壁碰撞时，对器壁的总冲量减小

C．分子平均密度变小了

D．单位时间内分子对器壁单位面积的碰撞次数减少

8．一定质量的理想气体，体积变大的同时，温度也升高了，那么下面判断正确的是（）

A．气体分子平均动能增大

B．单位体积内分子数目增多

C．气体的压强一定保持不变

D．气体的压强可能变大

考点精炼参考答案

1．解析：

在标准状态下，1mol任何气体的体积都是V=22.4L，除以阿伏加德罗常数就得每个气体分子平均占有的空间，该空间的大小是相邻气体分子间平均距离D的立方。

，这个数值大约是分子直径的10倍。

因此水气化后的体积大约是液体体积的1000倍。

2．D解析：

水的摩尔质量除以水分子的质量等于一摩尔水分子的个数，即阿伏伽德罗常数。

故D正确。

3．C解析：

斥力比引力变化得快，引力与斥力相等时分子间距离约为10-10m，即e点的横坐标可能为10-10m

4．BD

5．D解析：

四种途径的变化过程，均有可能使

的值保持恒定，符合气体的性质规律，故D项正确。

6．CD解析：

根据

C（恒量），则

，先等压膨胀，体积（V）将增大，再等容降温，则压强p又减小，但p·V的值难以确定其是否增减，故A错。

同理，

，等温膨胀时，压强p减小，等压压缩时，温度（T）又减小，则难以判定

的值是否减小或增大，故B错。

同理

，先等容升温，压强p增大，但后来等压压缩V将减小，则p·V值可能不变，即T可能等于起始温度，故C正确。

先等容加热，再绝热压缩，气体的温度始终升高，则内能必定增加，即D正确。

7．ABD8．AD

三、考点落实训练

1．关于布朗运动，如下说法中正确的是（）

A．布朗运动是在显微镜中看到的液体分子的无规则运动

B．布朗运动是液体分子无规则运动的反映

C．悬浮微粒越小，布朗运动越显著

D．液体温度越高，布朗运动越显著

2．把表面光滑的铅块放在铁块上，经过几年后将它们分开，发现铅块中含有铁，而铁块中也含有铅，这种现象说明（）

A．物质分子之间存在着相互作用力B．分子之间存在空隙

C．分子在永不停息地运动D．分子的引力大于斥力

3．分子间相互作用力由引力和斥力两部分组成，则（）

A．引力和斥力是同时存在的

B．引力总是大于斥力，其合力总表现为引力

C．分子之间距离越小，引力越小，斥力越大

D．分子之间距离越小，引力越大，斥力越小

4．一木块从斜面上匀速下滑，在下滑过程中，木块的（不考虑木块的热膨胀）（）

A．分子势能减小，分子平均动能不变

B．机械能减小，内能增大

C．机械能不变，内能增大

D．分子势能不变，分子平均动能增大

5．对于液体和固体，如果用M表示摩尔质量，ρ表示物质密度，V表示摩尔体积，V0表示分子体积，NA表示阿伏加德罗常数，那么下列关系式中正确的是（）

A．

=NAB．

=NAC．

=VmolD．ρM=Vmol

6．对一定量的气体，它的压强、体积和温度存在某些关系。

关于它们关系的表述，正确的是（）

A．温度不变时，体积减小，压强增大

B．体积不变时，温度升高，压强减小

C．体积减小时，温度一定升高

D．温度升高时，压强可能减小

7．根据分子动理论，物质分子间距离为r0时分子所受到的引力与斥力相等，以下关于分子势能的说法正确的是

A．当分子间距离是r0时，分子具有最大势能，距离增大或减小时势能都变小

B．当分子间距离是r0时，分子具有最小势能，距离增大或减小时势能都变大

C．分子距离越大，分子势能越大，分子距离越小，分子势能越小

D．分子距离越大，分子势能越小，分子距离越小，分子势能越大

8．在下列叙述中，正确的是

A．物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子平均动能越大

B．布朗运动就是液体分子的热运动

C．对一定质量的气体加热，其内能一定增加

D．分子间的距离r存在某一值r0，当r＜r0时，斥力大于引力，当r＞r0时，斥力小于引力

9．下列说法中正确的是

A．温度高的物体比温度低的物体热量多

B．温度高的物体不一定比温度低的物体的内能多

C．温度高的物体比温度低的物体分子热运动的平均速率大

D．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等

10．一定质量的气体做等容变化，温度升高时，气体的压强增大，下列说法中不正确的是

A．分子的平均动能增大

B．分子与器壁碰撞时，对器壁的总冲量增加

C．气体的密度变大了

D．单位时间内分子对器壁单位面积的碰撞次数增多

11．（2004年全国理综）若以

表示水的摩尔质量，

表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，

为在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿佛加德罗常数，m、

分别表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关系式：

①

②

③

④

其中

A．①和②都是正确的B．①和③都是正确的

C．③和④都是正确的D．①和④都是正确的

12．在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，已经准备的器材有：

油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔和坐标纸，要完成本实验，还欠缺的器材有。

已知油酸酒精溶液中，油酸的体积比浓度为0.05%，1mL这样的溶液合80滴，现将1滴溶液滴在水面上。

这滴溶液中纯油酸的体积是__________m3。

用彩笔描绘出的油膜轮廓线后，印在坐标纸上，如图1所示。

已知坐标纸每一小格的边长为1cm，则油膜的面积为m2。

根据上面的数据，估算油酸分子的直径是_________m（结果取一位有效数字）。

考点落实训练参考答案

1．BCD2．BC3．A4．BD5．B6．AD

7．B8．AD9．B10．C11．B

12．量筒、痱子粉6.25×10-121.25×10-25×10-10