江苏专版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0223224.docx
《江苏专版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0223224.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《江苏专版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0223224.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
江苏专版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0223224
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131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131
（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132所示．下列说法正确的有________．
图132
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133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133
（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134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134
（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的密度，故ρ＜
＝
，故NA＞
，故②错误；③摩尔质量＝分子质量×阿伏加德罗常数，故m＝
，故③正确；④由于气体分子间距远大于分子直径，故Δ＜
，故④错误．]
●考向2 物体的内能
3．（2017·张家港期中）根据分子动理论，下列说法正确的是（ ）
【导学号：
17214197】
A．布朗运动是液体分子的运动，它说明了分子在永不停息地做无规则运动
B．温度是分子平均动能的标志，温度较高的物体每个分子的动能一定比温度较低的物体分子的动能大
C．物体体积增大，分子势能可能减小
D．某气体的摩尔质量为M、摩尔体积为Vm、密度为ρ，用NA表示阿伏加德罗常数，则每个气体分子的质量m0＝
，每个气体分子的体积V0＝
C [布朗运动是悬浮在液体中固体微粒的无规则运动，它是液体分子无规则运动的反映，在显微镜下观测到的不是液体分子运动，故A错误．温度是分子平均动能的标志，温度较高的物体分子平均动能较大，但由于分子的运动是无规则的，因此不是每个分子的动能都比温度较低的物体分子的动能大，故B错误．物体体积增大，分子势能可能减小，例如，0℃的水结冰，体积增大，分子势能减小，故C正确．应用V0＝
计算出的是每个气体分子所占空间的体积，由于气体分子间距较大，所以V0＝
并不是每个分子的实际体积．故D错误．]
4．（2017·如东期中）关于温度、热平衡、内能的概念，以下说法正确的是（ ）
A．气体的温度越高，每个气体分子的动能越大
B．气体从外界吸收热量，其温度一定增加
C．只要两物体的质量、温度、体积相等，两物体的内能一定相同
D．一切达到热平衡的系统都具有相同的温度
D [气体的温度越高，气体分子的平均动能越大，但每个气体分子的动能不一定越大，故A错误；气体从外界吸收热量，也可能对外做功，其温度不一定增加，故B错误；两物体的质量、温度、体积相等，两物体内能不一定相等，还与两物体的分子数有关，故C错误；热平衡的条件是温度相同，故D正确．]
●考向3 热力学定律
5．（2017·亭湖月考）在一个大气压下，1g水在沸腾时吸收了2260J的热量后变成同温度的水蒸气，对外做了170J的功，阿伏加德罗常数NA＝6．0×1023mol－1，水的摩尔质量M＝18g/mol．则：
（1）水的分子总势能变化了多少J?
（2）1g水所含的分子数为多少？
（结果保留两位有效数字）
【解析】
（1）根据内能定义，水的内能变化等于水的分子总动能变化和水的分子总势能变化，因为是等温变化，所以水的分子总动能不变，则水的内能变化等于水的分子总势能的变化，根据热力学第一定律，有：
ΔU＝Q＋W
代入数据：
ΔU＝2090J
水的分子总势能变化为：
ΔEp＝ΔU＝2090J．
（2）1g水的分子数为：
N＝
·NA＝
×6．0×1023mol－1＝3．3×1022个．
【答案】
（1）2090J
（2）3．3×1022个
6．（2017·南通模拟）如图所示，一定质量的理想气体先从状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C．在状态C时气体的体积V＝3．0×10－3m3，温度与状态A相同．求气体：
图135
（1）在状态B时的体积；
（2）在整个过程中放出的热量．
【解析】
（1）由题意知，气体由状态B到状态C，发生了等压过程，根据查理定律得
＝
则VB＝
VC＝
×3×10－3m3＝5×10－3m3．
（2）由题意知，A、C两状态温度相同，则气体的内能相同，即有ΔU＝0．A→B过程，气体发生了等容变化，体积不变，气体不做功；B→C过程，气体的体积减小，外界对气体做功为W＝pΔV＝p（VB－VC）＝3×105×（5－3）×10－3J＝600J
根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得
Q＝ΔU－W＝0－600J＝－600J．即在整个过程中放出600J的热量．
【答案】
（1）5×10－3m3
（2）600J
考点2|固体、液体和气体 难度：
低档题题型：
选择题五年2考
（对应学生用书第75页）
5．（2016·江苏高考T12（A））
（1）在高原地区烧水需要使用高压锅．水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽．停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却．在冷却过程中，锅内水蒸汽的变化情况为________．
A．压强变小 B．压强不变
C．一直是饱和汽D．变为未饱和汽
（2）如图136a所示，在斯特林循环的pV图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成．B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目________（选填“增大”“减小”或“不变”），状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图b所示，则状态A对应的是________（选填“①”或“②”）．
a b
图136
（3）如图a所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4J和20J．在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20J和12J．求气体完成一次循环对外界所做的功．
【解题关键】
（2）气体的内能只与温度有关，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断气体吸热还是放热；根据图象利用理想气体状态方程对每一个过程进行分析即可．
温度是分子热运动平均动能的标志；气体分子的运动的统计规律：
中间多，两头少；即大多数的分子的速率是比较接近的，但不是说速率大的和速率小的就没有了，也是同时存在的，但是分子的个数要少很多．
（3）根据热力学第一定律即可求出气体对外做功是多少．
【解析】
（1）高压锅在密封状态下缓慢冷却过程中，锅内水蒸汽体积不变，温度降低，则压强变小，但锅内水蒸汽发生的是动态变化过程，一定是饱和汽．故选项A、C正确．
（2）B→C过程为等容过程，单位体积中的气体分子数目不变．气体状态A的温度低于状态D的温度，则状态A对应的气体分子的平均动能小，对应着图象①．
（3）完成一次循环气体内能不变，ΔU＝0，吸收的热量Q＝（20＋12－4－20）J＝8J，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，W＝－8J，气体对外界所做的功为8J．
【答案】
（1）AC
（2）不变 ① （3）8J
6．（多选）（2015·江苏高考T12（A）
（1））对下列几种固体物质的认识，正确的有（ ）
A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体
B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体
C．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则
D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同
AD [晶体在熔化过程中温度保持不变，食盐具有这样的特点，则说明食盐是晶体，选项A正确；蜂蜡的导热特点是各向同性的，烧热的针尖使蜂蜡熔化后呈椭圆形，说明云母片的导热特点是各向异性的，故云母片是晶体，选项B错误；天然石英表现为各向异性，则该物质微粒在空间的排列是规则的，选项C错误；石墨与金刚石皆由碳原子组成，但它们的物质微粒排列结构是不同的，选项D正确．]
1．对晶体、非晶体特性的理解
（1）只有单晶体才可能具有各向异性．
（2）各种晶体都具有固定熔点，晶体熔化时，温度不变，吸收的热量全部用于分子势能的增加．
（3）晶体与非晶体可以相互转化．
（4）有些晶体属于同素异构体，如金刚石和石墨．
2．对液晶特性的理解
（1）液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间．液晶具有流动性，在光学、电学物理性质上表现出各向异性．
（2）液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切．
●考向1 固体的性质
7．（2017·南通模拟）科学家在“哥伦比亚”号航天飞机上进行了一次在微重力条件（即失重状态）下制造泡沫金属的实验．把锂、铝、钛等轻金属放在一个石英瓶内，用太阳能将这些金属熔化成液体，然后在熔化的金属中充进氢气，使金属内产生大量气泡，金属冷凝后就形成到处是微孔的泡沫金属．下列说法中正确的是（ ）
A．失重条件下液态金属呈现球状是由于液体表面分子间存在引力作用
B．失重条件下充入金属液体的气体气泡不能无限地膨胀是因为液体表面张力的约束
C．在金属液体冷凝过程中，气泡收缩变小，外界对气体做功，气体内能增大
D．泡沫金属物理性质各向同性，说明它是非晶体
B [分子之间同时存在引力和斥力，当r＞r0时，分子力表现为引力，r＜r0时分子力表现为斥力，分子间总是同时存在引力和斥力，失重条件下液态金属呈球状是由于液体表面分子间存在表面张力的结果，故A错误，B正确；在金属液体冷凝过程中，气泡收缩变小，外界对气体做功，同时温度降低，放出热量，气体内能降低，故C错误；泡沫金属物理性质虽然各向同性，但是为晶体，各向同性并非为晶体和非晶体的区别，故D错误．]
8．（2017·苏锡常模拟）下列说法中正确的是（ ）
A．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而增大
B．气体压强的大小跟气体分子的平均动能有关，与分子的密集程度无关
C．有规则外形的物体是晶体，没有确定的几何外形的物体是非晶体
D．由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
D [当分子间作用力表现为斥力时，随分子间距离的增大分子力做正功，故分子势能减小，故A错误．气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子的密集程度有关，故B错误．晶体和非晶体的区别是是否具有确定的熔点，单晶体具有规则的几何外形，而多晶体和非晶体没有规则的天然外形，注意“天然”二字，故有规则外形的物体不一定为晶体，故C错误．由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，故D正确．]
●考向2 液体和气体
9．（2017·如东期中）下列说法正确的是（ ）
A．空气中水蒸气的压强越大，空气的相对湿度就越大
B．冬天和夏天相比，冬天的气温较低，水的饱和汽压值较大
C．在相对湿度相同的情况下，冬天的绝对湿度较小
D．同一温度下水的饱和汽压与空气中的水蒸气的压强的比值叫做空气的相对湿度
C [空气中的水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的比值叫做空气的相对湿度，因此相对湿度还与同温下水的饱和汽压有关，故A、D错误；冬天和夏天相比，冬天的气温较低，水的饱和汽压值较小，故B错误；由于水的饱和汽压与温度有关，温度越高，水的饱和蒸汽压越大，所以相对湿度相同的情况下，温度高的夏天比冬天的绝对湿度大，冬天的绝对湿度较小，故C正确．]
10．（2017·泰州三模）下列说法中正确的是（ ）
A．当分子间引力大于斥力时，随着分子间距增加，分子间作用力的合力一定减小
B．单晶硅中原子排列成空间点阵结构，因此其它物质分子不能扩散到单晶硅中
C．液晶具有液体的流动性，其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性
D．密闭容器中水的饱和汽压随温度和体积的变化而变化
C [当分子间引力大于斥力时，分子间距离r＞r0，分子之间的作用力表现为引力，分子力先增大，后减小，故A错误；单晶硅中原子排列成空间点阵结构，但分子之间仍然存在间隙，其它物质分子能扩散到单晶硅中，故B错误；液晶是一种特殊的物态，液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质具有各向异性，故C正确；水的饱和汽压仅与温度有关，与体积无关，故D错误．]
考点3|气体实验定律及其应用 难度：
中高档题题型：
计算题五年1考
（对应学生用书第76页）
7．（2012·江苏高考T12（A）（3））如图137所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B．此过程中，气体压强p＝1．0×105Pa，吸收的热量Q＝7．0×102J，求此过程中气体内能的增量．
【导学号：
17214198】
图137
【解题关键】
关键语句
信息解读
一定质量的理想气体从状态
升级会员 