届高考物理二轮复习分子动理论 气体及热力学定律专题卷江苏专用.docx
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届高考物理二轮复习分子动理论气体及热力学定律专题卷江苏专用
专题限时集训（十三） 分子动理论 气体及热力学定律
（对应学生用书第141页）
（建议用时：
40分钟）
1．（12分）
（1）（多选）下列说法正确的是（ ）
A．由于液体表面分子间距离小于平衡位置间距r0，故液体表面存在表面张力
B．布朗微粒做无规则运动的原因是由于它受到水分子有时吸引、有时排斥的结果
C．一定量的0℃的水结成0℃的冰，内能一定减小
D．液晶既具有液体的流动性，又具有晶体的光学的各向异性
（2）在粗测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：
①取油酸1．00mL注入250mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸的酒精溶液．
②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1．00mL为止，恰好共滴了100滴．
③在水盘内注入蒸馏水，静置后滴管吸取油酸的酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一油膜．
④测得此油膜面积为3．60×102cm2．
Ⅰ．这种粗测方法是将每个分子视为球形，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜面积可视为________，这层油膜的厚度可视为油分子的直径．
Ⅱ．利用数据可求得油酸分子的直径为________m．
（3）如图13 13所示，一汽缸竖直放置，用一质量为m的活塞在缸内封闭了一定量的理想气体，在汽缸的底部安装有一根电热丝，用导线和外界电源相连，已知汽缸壁和活塞都是绝热的，汽缸壁与活塞间接触光滑且不漏气．现接通电源，电热丝对缸内气体缓慢加热．设活塞横截面积为S，外界大气压强为p0，电热丝热功率为P，测得通电t时间内活塞缓慢向上移动高度h．求：
图13 13
①汽缸内气体压强的大小；
②t时间缸内气体对外所做的功和内能的变化量．
【解析】
（1）由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离，故液体表面存在表面张力，故A错误；布朗微粒做无规则运动的原因是由于它受到水分子的撞击力不平衡造成的，故B错误；一定量的0℃的水结成0℃的冰，放出热量，分子势能减小，分子动能不变，内能一定减小，故C正确；液晶既具有液体的流动性，又具有晶体的光学的各向异性的特点，故D正确．
（2）这种粗测方法是将每个分子视为球形，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油分子的直径．
1滴溶液中纯油酸的体积V＝
×
＝4×10－5mL，
油酸分子的直径d＝
＝
cm＝1．1×10－7cm＝1．1×10－9m．
（3）①由活塞受力平衡，内部气体压强为p则：
p0＋
＝p．
②气体对外做功：
W＝pSh＝p0Sh＋mgh
内能的变化量：
ΔE＝Q－W＝Pt－mgh－p0Sh．
【答案】
（1）CD
（2）Ⅰ．单分子油膜 Ⅱ．1．1×10－9 （3）①p0＋
②p0Sh＋mgh Pt－mgh－p0Sh
2．（12分）
（1）关于饱和汽和相对湿度，下列说法中错误的是__________．
A．使未饱和汽变成饱和汽，可采用降低温度的方法
B．空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近饱和汽压
C．密闭容器中装有某种液体及其饱和蒸汽，若温度升高，同时增大容器的容积，饱和汽压可能会减小
D．相对湿度过小时，人会感觉空气干燥
（2）如图13 14所示，一定质量的理想气体发生如图所示的状态变化，从状态A到状态B，在相同时间内撞在单位面积上的分子数__________（选填“增大”“不变”或“减小”），从状态A经B、C再回到状态A，气体吸收的热量______________放出的热量（选填“大于”“小于”或“等于”）．
图13 14
（3）已知阿伏加德罗常数为6．0×1023mol－1，在标准状态（压强p0＝1atm、温度t0＝0℃）下任何气体的摩尔体积都为22．4L，已知第
（2）问中理想气体在状态C时的温度为27℃，求该气体的分子数．（计算结果取两位有效数字）
【解析】
（1）饱和汽压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度，温度越高，饱和气压越大，则使未饱和汽变成饱和汽，可采用降低温度的方法，故A正确；根据相对湿度的特点可知，空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近饱和汽压，故B正确；温度升高，饱和气压增大，故C错误；相对湿度过小时，人会感觉空气干燥，故D正确．
（2）理想气体从状态A到状态B，压强不变，体积变大，分子的密集程度减小，所以在相同时间内撞在单位面积上的分子数减小，从状态A经B、C再回到状态A，内能不变，一个循环过程中，A到B气体对外做的功W1＝－2×3J＝－6J，B到C过程中外界对气体做功W2＝
（1＋3）×2J＝4J，C到A体积不变不做功，所以W＝W1＋W2＝－2J，根据ΔU＝W＋Q，Q＝2J，即一个循环气体吸热2J，所以一个循环中气体吸收的热量大于放出的热量．
（3）根据盖吕萨克定律：
＝
，代入数据：
＝
，解得标准状态下气体的体积为V1＝0．91L，N＝
NA＝
×6×1023＝2．4×1022（个）．
【答案】
（1）C
（2）减小 大于 （3）2．4×1022个
3．（12分）（2017·江苏徐州高三考前模拟）
（1）以下说法中正确的是__________．
A．单晶体的所有物理性质都具有各向异性
B．悬浮在液体中的花粉颗粒的无规则运动是热运动
C．相同温度下，氢分子的平均动能一定等于氧分子的平均动能
D．随着分子间距离增大，分子间作用力减小，分子势能也减小
（2）某同学做“用油膜法估测分子大小”的实验时，在边长约30cm的浅盘里倒入约2cm深的水，然后将痱子粉均匀的撒在水面上，用注射器滴一滴__________（选填“纯油酸”或“油酸酒精溶液”）在水面上．稳定后，在玻璃板上描下油膜的轮廓，放到坐标纸上估算出油膜的面积，还需要知道__________，就可以算出分子直径．
（3）如图13 15所示，内壁光滑的导热汽缸里封闭了一定质量的理想气体，活塞的横截面积为S，质量不计，离缸底的距离为L1．由于环境温度缓慢下降，使得活塞缓慢下降到距离缸底L2处．已知大气压强为p0，被封闭气体初始状态的热力学温度为T1、内能为E1．
图13 15
①求活塞下降到距离缸底L2处时，缸内封闭气体的温度；
②一定质量的理想气体内能与热力学温度成正比，求整个过程中通过缸壁传递的热量Q．
【解析】
（1）单晶体具有各向异性，不能说单晶体的所有物理性质都具有各向异性，A项错误；悬浮在液体中的花粉颗粒的无规则运动是布朗运动，不是热运动，B项错误；温度是分子的平均动能的标志，相同温度下，氢分子的平均动能一定等于氧分子的平均动能，C项正确；随着分子间距离的增大，分子势能不一定减小，当分子力表现为引力时，分子力做负功，分子势能增大，D项错误．
（2）油膜法测分子直径实验中，用注射器滴一滴油酸酒精溶液在水面上，让它形成单分子油膜．实验过程中，由d＝
可知，还需要知道向水面滴入的油酸酒精溶液中的纯油酸体积．
（3）①气体发生等压变化，有
＝
解得封闭气体的温度为T2＝
．
②设气体在T2时的内能为E2，由题意有
＝
气体状态变化过程中内能变化了ΔU＝E2－E1＝
E1
外界对气体做功W＝p0（L1－L2）S
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q
整个过程中通过缸壁传递的热量Q＝
E1－p0（L1－L2）S．
【答案】
（1）C
（2）油酸酒精溶液 油酸酒精溶液中的纯油酸体积 （3）①
②
E1－p0（L1－L2）S
4．（12分）（多选）
（1）下列说法正确的是__________．
A．气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大
B．液晶分子在特定方向排列比较整齐，但不稳定
C．液体的表面张力是由于液体分子间的相互作用引起的
D．物理性质各向同性的一定是非晶体
（2）已知水的密度ρ＝1．0×103kg/m3、摩尔质量M＝1．8×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数为NA＝6．02×1023mol－1，一滴露水的体积大约是6．0×10－8m3，它含有________个水分子，如果一只极小的虫子来喝水，每分钟喝进6．0×107个水分子时，喝进水的质量是__________kg．（保留两位有效数字）
（3）一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的pV图象如图13 16所示，已知该气体在状态A时的温度为27℃，则：
图13 16
①该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是多大？
②该气体从状态A到状态C的过程中是吸热，还是放热？
传递的热量是多少？
【导学号：
17214201】
【解析】
（1）根据理想气体的状态方程
＝C，当气体的温度升高时，若体积也同时增大，气体的压强不一定增大，A项错误；液晶分子在特定方向排列比较整齐，但不稳定，B项正确；液体的表面张力是由于表面层分子分布比液体内部稀疏，分子间相互作用表现为引力，C项正确；晶体分单晶体和多晶体，单晶体具有各向异性特征，多晶体具有各向同性特征，D项错误．
（2）水的摩尔质量为M＝1．8×10－2kg，水的摩尔体积为VM＝
，一个水分子的体积为V0＝
．
一滴露水含有水分子的个数为N＝
＝
×ρNA＝2．0×1021个
喝进水的物质的量为n＝
＝1×10－16mol
故水的质量m＝nM＝1．8×10－18kg．
（3）①由图示图象可知，pAVA＝pCVC，由理想气体状态方程：
＝C可知，A、C两状态的温度相等，由于理想气体内能仅与温度有关，A、C两状态温度相等，两状态气体内能相等，则从A到C过程气体内能的变化量为0．
②气体从状态A到状态C体积增大，对外做功，即W<0；TA＝TC，所以状态A到状态C的过程中内能变化量为0．由热力学第一定律得：
Q>0，所以A→C的过程中是吸热．从A到B过程，体积不变，气体不对外做功，外界也不对气体做功，只有B到C过程气体对外做功，故吸收的热量为：
Q＝W＝pΔV＝1×105×（3×10－3－1×10－3）J＝200J．
【答案】
（1）BC
（2）2．0×1021 1．8×10－18
（3）①0 ②吸热 200J
5．（12分）（2017·江苏扬州四模）
（1）下列说法正确的是__________．
A．阳光下看到细小的尘埃飞扬，是固体颗粒在空气中做布朗运动
B．压缩气体需要做功，说明气体分子间存在斥力
C．晶体熔化过程中，吸收的热量全部用来破坏空间点阵，增加分子势能，而分子平均动能却保持不变，所以晶体有固定的熔点
D．两个分子甲和乙相距较远（此时它们之间的作用力可以忽略），设甲固定不动，乙逐渐向甲靠近，直到不能再靠近，在整个移动过程中分子力先增大后减小，分子势能先减小后增大
（2）利用单分子油膜法可以粗略测定分子的大小和摩尔质量．已知某种油的密度为ρ，取体积为V的油慢慢滴出，可滴n滴．将其中一滴滴在广阔水面，形成面积为S的单分子油膜，阿伏加德罗常数为NA．若把分子看作球形，则估算出它的直径是__________，油的摩尔质量是__________．
（3）如图13 17所示是农业上常用的农药喷雾器，贮液筒与打气筒用细连接管相连，已知贮液筒容积为8L（不计贮液筒两端连接管体积），打气筒活塞每循环工作一次，能向贮液筒内压入1atm的空气200mL，现打开喷雾头开关K，装入6L的药液后再关闭，设周围大气压恒为1atm，打气过程中贮液筒内气体温度与外界温度相同且保持不变．求：
图13 17
①要使贮液筒内药液上方的气体压强达到3atm，打气筒活塞需要循环工作的次数；
②打开喷雾头开关K直至贮液筒内、外气压相同时，贮液筒向外喷出药液的体积．
【导学号：
17214202】
【解析】
（1）阳光下看到细小的尘埃飞扬，是固体颗粒随空气流动而形成的，并不是布朗运动，选项A错误；压缩气体需要做功，是因为存在气体压强，选项B错误；晶体熔化过程中，吸收的热量全部用来破坏空间点阵，增加分子势能，而分子平均动能却保持不变，因此温度能保持稳定不变，所以晶体有固定的熔点，选项C正确；两个分子甲和乙相距较远（此时它们之间的作用力可以忽略），设甲固定不动，乙逐渐向甲靠近，直到不能再靠近，在整个移动过程中分子力先增大后减小再增大，分子势能先减小后增大，选项D错误．
（2）由题意知一滴油滴的体积为
，则油分子直径为d＝
；
单个分子的体积为V0＝
＝
＝
则油的摩尔体积为Vmol＝NA
，
则油的摩尔质量为M＝ρVmol＝
．
（3）①贮液筒内药液上方的气体体积为V0＝8L－6L＝2L，设1atm下，打入贮液筒的气体体积为V，总体积V1，则：
V1＝V＋V0
设1atm下，气体的压强：
p1＝1atm
打入贮液筒气体后体积：
V2＝V0
打入贮液筒气体后的压强：
p2＝3atm
由理想气体方程得：
p1V1＝p2V2
解得：
V＝4L
打气次数：
n＝
＝20．
②打开喷雾头开关K直至贮液筒内外气压相同时，p3＝1atm
由理想气体方程得：
p1V1＝p3V3
解得：
V3＝V1＝6L
故喷出药液的体积V′＝V3－V0＝4L．
【答案】
（1）C
（2）
（3）①20次 ②4L
6．（12分）（2017·厦门一中检测）（多选）
（1）一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其pT图象如图13 18所示，下列说法正确的是（ ）
图13 18
A．过程bc中气体既不吸热也不放热
B．过程ab中气体一定吸热
C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小
（2）把熔化的蜂蜡薄薄地涂在两种材料所做的薄片上，用一枝缝衣针烧热后用针尖接触蜂蜡层的背面，熔化区域的形状如13 19甲、乙两图所示，________（选填“甲”或“乙”）图中的薄片一定是晶体；液晶的分子排布与液体和固体都有区别，这种排布使液晶既像液体一样具有流动性，又具有各向异性，________（选填“丙”或“丁”）图是液晶分子示意图．
甲 乙 丁 丙
图13 19
（3）冬天天气寒冷，有时室内需要加温．如果有一房间室内面积为22．4m2，高为3．0m，室内空气通过房间缝隙与外界大气相通，开始时室内温度为0℃，通过加热使室内温度升为20℃．若上述过程中大气压强不变，已知气体在0℃的摩尔体积为22．4L/mol，阿伏伽德罗常数为6．0×1023mol－1，试估算这个过程中有多少空气分子从室内跑出．（结果保留两位有效数字）
【解析】
（1）由图示图象可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体吸热，故A错误；由图象可知，ab过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故B正确；由图象可知，ca过程气体压强不变，温度降低，由盖－吕萨克定律可知，其体积减小，外界对气体做功，W＞0，气体温度降低，内能减少，ΔU＜0，由热力学第一定律可知，气体要放出热量，过程ca中外界对气体所做的功小于气体所放热量，故C错误；由图象可知，a、b和c三个状态中a状态温度最低，分子平均动能最小，故D正确．
（2）甲图传热各项同性，乙图传热各项异性，故乙图一定是单晶体，甲图可能是非晶体；丙图分子排列杂乱无章，不是液晶，而丁图分子排列有规则，是液晶．
（3）0℃时室内气体分子总数N＝
NA＝
×6．0×1023＝1．8×1027（个）
设20℃时室内气体体积与气体总体积分别为V1和V2．
根据盖－吕萨克定律得
＝
＝
则升温后室内气体分子数与总分子数之比为
＝
从室内跑出的气体分子数为ΔN＝N－N1
联立解得ΔN＝
N＝1．2×1026（个）．
【答案】
（1）BD
（2）乙 丁 （3）1．2×1026
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