K12教育学习资料版高考物理二轮复习第一部分专题十三分子动理论气体及热力学定律学案.docx
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K12教育学习资料版高考物理二轮复习第一部分专题十三分子动理论气体及热力学定律学案
专题十三 分子动理论 气体及热力学定律
江苏卷考情导向
考点
考题
考情
分子动理论、内能及热力学定律
2017年T12（A）考查热力学第一定律以及理想气体状态方程、布朗运动、阿伏伽德罗常数的应用
2015年T12（A）
（2）考查气体的热力学定律和气体状态方程的应用
2014年T12（A）考查热力学第一定律以及理想气体状态方程的应用
2013年T12（A）考查理想气体状态方程、热力学定律、阿伏伽德罗常数的应用
1．本专题的命题形式都是由3个小题组成，第1题为选择题，第2题为填空题，第3题为计算题，总分为12分．
2．本专题命题点主要集中在：
①分子大小的估算；②对分子动理论内容的理解；③物态变化中的能量问题；④气体实验定律的理解和简单计算；⑤固、液、气三态的微观解释和理解；⑥热力学定律的理解和简单计算；⑦用油膜法估测分子大小等内容．
固体、液体和气体
2016年T12（A）饱和汽和饱和汽压等概念的理解、理想气体PV图象、热力学定律、气体分子速率分布
2015年T12（A）
（1）考查晶体和非晶体
气体实验定律及其应用
2015年T12（A）（3）考查理想气体的状态方程
考点1|分子动理论、内能及热力学定律 难度：
低档题题型：
选择题或填空题五年4考
（对应学生用书第72页）
1．（2014·江苏高考T12（A））一种海浪发电机的气室如图13 1所示．工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭．气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电．气室中的空气可视为理想气体．
【导学号：
17214195】
图13 1
（1）下列对理想气体的理解，正确的有________．
A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型
B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体
C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关
D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律
（2）压缩过程中，两个阀门均关闭．若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3．4×104J，则该气体的分子平均动能________（选填“增大”“减小”或“不变”），活塞对该气体所做的功________（选填“大于”“小于”或“等于”）3．4×104J．
（3）上述过程中，气体刚被压缩时的温度为27℃，体积为0．224m3，压强为1个标准大气压．已知1mol气体在1个标准大气压、0℃时的体积为22．4L，阿伏加德罗常数NA＝6．02×1023mol－1．计算此时气室中气体的分子数．（计算结果保留一位有效数字）
【解题关键】
（2）气体与外界无热量交换，Q＝0；一定质量的理想气体，内能越大，温度越高．
（3）由题意气体从0℃到27℃做等压变化，根据盖－吕萨克定律求出此时的体积，然后求出气室内气体的物质的量，进而求得分子数
【解析】
（1）理想气体是一种理想化模型，温度不太低，压强不太大的实际气体可视为理想气体；只有理想气体才遵循气体的实验定律，选项A、D正确，选项B错误．一定质量的理想气体的内能完全由温度决定，与体积无关，选项C错误．
（2）因为理想气体的内能完全由温度决定，当气体的内能增加时，气体的温度升高，温度是分子平均动能的标志，则气体分子的平均动能增大．
根据热力学第一定律，ΔU＝Q＋W，由于Q＝0，所以W＝ΔU＝3．4×104J．
（3）设气体在标准状态时的体积为V1，等压过程为：
＝
气体物质的量为：
n＝
，且分子数为：
N＝nNA
解得N＝
NA
代入数据得N≈5×1024个（或N≈6×1024）．
【答案】
（1）AD
（2）增大 等于 （3）5×1024（或6×1024）
2．（2015·江苏高考T12（A）
（2））在装有食品的包装袋中充入氮气，可以起到保质作用．某厂家为检测包装袋的密封性，在包装袋中充满一定量的氮气，然后密封进行加压测试．测试时，对包装袋缓慢地施加压力．将袋内的氮气视为理想气体，则加压测试过程中，包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力________（选填“增大”“减小”或“不变”），包装袋内氮气的内能________（选填“增大”“减小”或“不变”）．
【解析】 对氮气加压后，气体内部的压强增大，由F＝pS知，单位面积上所受气体分子撞击的作用力增大．由于加压过程是缓慢的，氮气的温度保持不变，所以氮气的内能不变．
【答案】 增大 不变
3．（2017·江苏高考T12（A））
（1）一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其VT图象如图13 2所示．下列说法正确的有________．
图13 2
A．A→B的过程中，气体对外界做功
B．A→B的过程中，气体放出热量
C．B→C的过程中，气体压强不变
D．A→B→C的过程中，气体内能增加
（2）图13 3甲和乙是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片，记录炭粒位置的时间间隔均为30s，两方格纸每格表示的长度相同．比较两张图片可知：
若水温相同，________（选填“甲”或“乙”）中炭粒的颗粒较大；若炭粒大小相同，________（选填“甲”或“乙”）中水分子的热运动较剧烈．
甲 乙
图13 3
（3）科学家可以运用无规则运动的规律来研究生物蛋白分子．资料显示，某种蛋白的摩尔质量为66kg/mol，其分子可视为半径为3×10－9m的球，已知阿伏加德罗常数为6．0×1023mol－1．请估算该蛋白的密度．（计算结果保留一位有效数字）
【解析】
（1）A→B过程是等温变化，气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律知，气体要放出热量，选项A错误、B正确．
B→C过程中，
是一个常数，为等压变化，选项C正确．
A→B→C整个过程，温度降低，气体内能减少，选项D错误．
（2）由题图可看出，图乙中炭粒无规则运动更明显，表明甲图中炭粒更大或水分子运动不如乙图中剧烈．
（3）摩尔体积V＝
πr3NA[或V＝（2r）3NA]
由密度ρ＝
，解得ρ＝
代入数据得ρ≈1×103kg/m3（或ρ＝5×102kg/m3，5×102～1×103kg/m3都算对）．
【答案】
（1）BC
（2）甲 乙 （3）1×103kg/m3（或5×102kg/m3，5×102～1×103kg/m3都算对）
4．（2013·江苏高考T12（A））如图13 4所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A．其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程（气体与外界无热量交换）．这就是著名的“卡诺循环”．
图13 4
（1）该循环过程中，下列说法正确的是________．
A．A→B过程中，外界对气体做功
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
（2）该循环过程中，内能减小的过程是______（选填“A→B”“B→C”“C→D”或“D→A”）．若气体在A→B过程中吸收63kJ的热量，在C→D过程中放出38kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为________kJ．
（3）若该循环过程中的气体为1mol，气体在A状态时的体积为10L，在B状态时压强为A状态时的
．求气体在B状态时单位体积内的分子数．（已知阿伏加德罗常数NA＝6．0×1023mol－1，计算结果保留一位有效数字）
【解析】
（1）在A→B的过程中，气体体积增大，故气体对外界做功，选项A错误；B→C的过程中，气体对外界做功，W<0，且为绝热过程，Q＝0，根据ΔU＝Q＋W，知ΔU<0，即气体内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，选项B错误；C→D的过程中，气体体积减小，单位体积内的分子数增多，故单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，选项C正确；D→A的过程为绝热压缩，故Q＝0，W>0，根据ΔU＝Q＋W，ΔU>0，即气体的内能增加，温度升高，所以气体分子的速率分布曲线发生变化，选项D错误．
（2）从A→B、C→D的过程中气体做等温变化，理想气体的内能不变，内能减小的过程是B→C，内能增大的过程是D→A．
气体完成一次循环时，内能变化ΔU＝0，热传递的热量Q＝Q1－Q2＝（63－38）kJ＝25kJ，根据ΔU＝Q＋W，得W＝－Q＝－25kJ，即气体对外做功25kJ．
（3）从A→B气体为等温变化，根据玻意耳定律有
pAVA＝pBVB，所以VB＝
＝
＝15L．
所以单位体积内的分子数n＝
＝
L－1＝4×1022L－1＝4×1025m－3．
【答案】
（1）C
（2）B→C 25 （3）4×1025m－3
1．必须掌握的三个问题
（1）必须掌握微观量估算的两个模型
球模型：
V＝
πR3（适用于估算液体、固体分子直径）
立方体模型：
V＝a3（适用于估算气体分子间距）
（2）必须明确反映分子运动规律的两个实例
①布朗运动：
研究对象：
悬浮在液体或气体中的固体小颗粒．
运动特点：
无规则、永不停息．
相关因素：
颗粒大小、温度．
②扩散现象
产生原因：
分子永不停息的无规则运动．
相关因素：
温度．
（3）必须弄清的分子力和分子势能
①分子力：
分子间引力与斥力的合力．分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快．
②分子势能：
分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0（分子间的距离为r0时，分子间作用的合力为0）时，分子势能最小．
2．物体的内能与热力学定律
（1）物体内能变化的判定：
温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子势能的变化．
（2）热力学第一定律
①公式：
ΔU＝W＋Q；
②符号规定：
外界对系统做功，W＞0；系统对外界做功，W＜0．系统从外界吸收热量，Q＞0；系统向外界放出热量，Q<0．系统内能增加，ΔU＞0；系统内能减少，ΔU＜0．
（3）热力学第二定律的表述：
①热量不能自发地从低温物体传到高温物体（按热传递的方向性表述）．②不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响（按机械能和内能转化的方向性表述）．③第二类永动机是不可能制成的．
●考向1 分子动理论
1．关于热运动，下列说法正确的是（ ）
【导学号：
17214196】
A．布朗运动是热运动
B．盛放水的密闭容器中，当水蒸气达到饱和时，不再有水分子飞出水面
C．气体分子速率呈现出“中间多，两头少”的分布规律
D．物体温度升高时，物体内的所有分子速率都变大
C [布朗运动是分子热运动的间接反映，不是热运动，故A错误；盛放水的密闭容器中，当水蒸气达到饱和时，是离开水面的分子和同时进入水面的分子数相等，不是没有分子飞出，故B错误；气体分子速率分布规律为统计规律，呈现出“中间多，两头少”的分布规律，故C正确；物体温度升高时，并不是物体内的所有分子速率都变大，可能有部分分子的速率减小，故D错误．]
2．（2017·锡山区期中）若以μ表示水的摩尔质量，V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ为在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，m、△分别表示每个水分子的质量和体积，下面四个关系式，其中正确的是（ ）
①NA＝
②ρ＝
③m＝
④△＝
A．①和② B．①和③
C．③和④D．①和④
B [①摩尔质量＝分子质量×阿伏加德罗常数，故：
mNA＝ρV，故NA＝
，故①正确；②ρ为在标准状态下水蒸气的密度，由于气体分子间距远大于分子直径，故水蒸气的密度小于水分子
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