1、第1节 分子动理论 内能 知识点一 物体是由大量分子组成的1分子体积很小：直径的数量级是m.油膜法估测分子直径：dVS(V 是油滴体积，S 是水面上形成的单分子油膜的面积)2分子质量很小：一般分子质量的数量级是kg.3组成物体的分子数目很多：(1)阿伏加德罗常数：1 mol 的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量值 NAmol1.101010266.021023(2)阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁其中密度 M1V1MmolVmol，但要切记mV是没有物理意义的知识点二 分子的热运动1扩散现象：相互接触的物体彼此进入对方的现象温度越高，扩散2布朗运动(1)概念：在显微镜下看到的悬浮在
2、液体(或气体)中的固体微小颗粒的永不停息的运动，叫做布朗运动越快无规则(2)规律：颗粒越小，运动越，温度越高，运动越3分子的热运动：永不停息的无规则运动叫做热运动4布朗运动与热运动的关系：布朗运动是_ _永不停息地做无规则运动的间接反映，是微观分子热运动造成的宏观现象知识点三 分子间的作用力1概念：分子间同时存在相互作用的引力和斥力，实际表现出来的是分子引力和斥力的合力，叫分子力明显激烈分子分子2特点：分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而，随分子间距离的减小而，但斥力比引力变化快分子间作用力随分子间距离的变化关系如图所示(1)rr0 时(约几个埃，1 埃1010 m)，F 引F 斥，合力
3、F0.(2)rr0 时，F 引r0 时，F 引F 斥，合力 F 为减小增大斥力引力(4)r10r0 后，F 引、F 斥迅速减弱，几乎为零，分子力 F0.知识点四 温度与温标1热平衡：多个不同温度的热学系统相互作用，最后多个系统都具有相同的温度，我们说这多个系统达到了热平衡2温度的两种意义宏观上表示物体的程度微观上标志着分子热运动的剧烈程度，它是物体的标志冷热分子平均动能3两种温标(1)摄氏温标：单位为摄氏度，符号.在 1 个标准大气压下，冰的熔点作为 0，水的沸点作为 100.(2)热力学温标：单位为开尔文，符号为 K.把273.15 作为 0 K0 K 是低温的极限，它表示所有分子都停止了热
4、运动，可以无限接近，但永远不能达到(3)两种温度的关系：T，其中两种单位制中每一度的间隔是相同的，即 T t.知识点五 分子的平均动能、势能和内能1分子的平均动能(1)定义：物体内所有分子动能的平均值t273.15 K(2)决定因素：仅与物体的有关，而与其他任何量无关2分子势能(1)概念：由分子间的相互作用和决定的能量(2)决定分子势能大小的因素微观上：分子势能的大小与_有关当分子间距离改变时，分子力做功，分子势能也相应变化分子势能与分子间距离的关系如图所示a当 rr0 时，分子力表现为引力，随着 r 的增大，分子引力做，分子势能 温度分子间距离分子间距离负功增加b当 rr0 时，分子力表现为
5、斥力，随着 r 的减小，分子斥力做，分子势能c当 rr0 时，分子势能最小，选两分子相距无穷远时的分子势能为零，则 rr0 时，分子势能为负值对实际气体来说，体积增大，分子势能增加；体积缩小，分子势能减小宏观上：与物体的有关大多数物体是越大，分子势能越大，也有少数物体(如冰、铸铁等)，变大，分子势能反而变小负功增加体积体积体积3物体的内能(1)定义：物体内所有分子的和的总和(2)决定因素微观上：分子平均动能、分子势能、宏观上：、物质的量(摩尔数)动能势能分子数温度体积考点一 阿伏加德罗常数的应用及微观量的估算例 1 水的分子量是 18，水的密度 1.0 103 kg/m3，阿伏加德罗常数 NA
6、6.021023 mol1，则：(1)水的摩尔质量 M _g/mol 或 M_kg/mol1.(2)水的摩尔体积 V_m3/mol.(3)一个水分子的 m0_kg.(4)一个水分子的体积 V0_m3.(5)将水分子看做是个球体，水分子的直径 d_m，一般分子直径的数量级都是_m.【解析】(1)某种物质的摩尔质量用“g/mol”做单位时，其数值与该物质的原子量相同，所以水的摩尔质量 M18 g/mol.如果摩尔质量用国际单位制的单位“kg/mol”，就要换算成 M1.8102kg/mol.(2)水的摩尔体积 VM 1.81021.0103 m3/mol 1.8105 m3/mol(3)一个水分子
7、的质量 m0MNA 1.81026.021023 kg31026kg.(4)一个水分子的体积 V0 VNA 1.81056.021023 m331029 m3.(5)将水分子视为理想球体变有6 d3V0，水分子直径为 d3 6V0 3 6310293.14m3.91010m，这里的“1010”称为数量级，一般直径的数量级就是这个值【答 案】(1)18 1.810 2 (2)1.810 5(3)31026(4)31029(5)3.91010 1010 变式 1 一滴油酸酒精溶液含质量为 m 的纯油酸，滴在液面上扩散后形成的最大面积为 S.已知纯油酸的摩尔质量为 M、密度为，阿伏加德罗常数 NA，
8、下列表达式中正确的有()A油酸分子的直径 dMSB油酸分子的直径 dmSC油酸所含的分子数 NmMNAD油酸所含的分子数 NMmNA【解析】设油酸分子的直径为 d，则有 dSmdmS，故 B 正确；设油酸所含的分子数为 N，则有 NmMNA，故 C 正确【答案】BC考点二 对布朗运动实质的理解例 2 关于布朗运动的实验，下列说法中正确的是()A如图所示记录的是分子无规则运动的情况B图中记录的是微粒做布朗运动轨迹C实验中可以看到微粒越大，布朗运动越明显D实验中可以看到温度越高，布朗运动越激烈【解析】布朗运动是指悬浮在液体中的微粒不停地做无规则的运动，而不是分子的无规则运动，它是分子无规则运动的反
9、映，而分子无规则热运动是产生布朗运动的原因，温度越高，分子运动越激烈，因而布朗运动也越激烈，故选项 A 错误，选项 D 正确微粒越大，来自各个方向的分子撞击力的平均效果可以认为相互平衡，而且微粒的质量越大，越难改变原来的运动状态，所以微粒越大，布朗运动就越不明显，选项 C 错误图中折线的每个拐点记录的是微粒每隔相同时间的位置，在每段时间内微粒的运动也是无规则的，而不是直线运动，选项 B 错误【答案】D【小结】布朗运动与分子运动的关系(1)布朗运动的研究对象是固体小颗粒；分子运动的研究对象是分子布朗微粒中也含有大量的分子，这些分子也在做永不停息的无规则运动；(2)布朗运动的产生原因是由于液体分子
10、无规则运动的撞击，布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性；布朗运动与温度有关，表明液体分子的运动与温度有关，温度越高运动越激烈；(3)布朗运动的特点是永不停息、无规则，颗粒越小现象越明显，温度越高运动越激烈；在任何温度下都可以产生布朗运动，但温度越高布朗运动越明显；(4)布朗运动不仅能在液体中发生，也能够在气体中发生 变式 2 关于布朗运动，下列说法正确的是()A颗粒越大布朗运动越剧烈B布朗运动是液体分子的运动C布朗运动的剧烈程度与温度无关D布朗运动是大量液体分子频繁碰撞悬浮在液体中的小颗粒而造成的【解析】布朗运动是悬浮在液体(或气体)中的固体微小颗粒的无规则运动，它是由于液体分子或气
11、体分子碰撞小颗粒而形成的，颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈，综上所述，选 D.【答案】D考点三 分子力、分子势能及物体的内能例 3 下列关于分子力和分子势能的说法中，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【答案】D【解析】当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大，但分子力的变化情况可能随分子间距离的增大而增大，也可能随分子间距离的增大而
12、减小，A、B 均错当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随着分子间距离的减小而增大，C 对，D 错【答案】C【小结】分子力与分子势能的比较 名称项目分子间的相互作用力 F 分子势能 Ep(取无穷远处为零势能点)与分子间距的关系图象 变式 3 当两个分子间的距离为 r0 时，正好处于平衡状态，下列关于分子间作用力与分子间距离的关系的说法正确的是()A当分子间的距离 rr0 时，它们之间只有斥力作用B当分子间的距离 rr0 时，分子处于平衡状态，不受力C当分子间的距离从 0.5r0增大到 10r0的过程中，分子间的引力和斥力都在减小，且斥力比引力减小得快D当分子间的距离从 0.5r0增大到 1
13、0r0的过程中，分子间相互作用力的合力在逐渐减小【解析】判断分子间作用力与分子间距离变化的关系时要明确：分子间的引力和斥力是同时存在的，且它们随分子间距离的变化同时增大或减小，而分子间作用力的合力随距离的变化如何变化要看在哪个范围内 当 rr0 时，F 引F 斥，每个分子所受的合力为零，并非不受力；当 rF 引，合力为斥力，并非只受斥力，故 A、B 错误当分子间的距离从 0.5r0 增大到 10r0 的过程中，分子间的引力和斥力都减小，而且斥力比引力减小得快，分子间作用力的合力先减小到零，再增大再减小到零，故 C 正确，D 错误【答案】C变式 4 关于温度的概念，下述说法正确的是()A温度是分
14、子平均动能的标志，温度越高，则分子平均动能越大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大C当某物体的内能增加时，则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，则甲物体分子平均速率比乙物体分子平均速率大【解析】温度的微观意义是分子平均动能的标志，温度越高，则分子平均动能越大，所以 A 对，D 错；但不可能每个分子的动能都增加，所以 B 错；内能不仅与温度有关，还与体积、压强等有关系，C 错【答案】A一、多选1(2015 全国)关于扩散现象，下列说法正确的是()A温度越高，扩散进行得越快B扩散现象是不同物质间的一种化学反应C扩散现象是由物质分子无规则运动产生的D扩
15、散现象在气体、液体和固体中都能发生E液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的ACD【解析】扩散现象与温度有关，温度越高，扩散进行得越快，选项 A 正确扩散现象是由于分子的无规则运动引起的，不是一种化学反应，选项 B 错误，选项 C 正确，选项 E 错误扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，选项 D 正确2对于温度相同、质量相同的水、冰及水蒸气，下列说法正确的有()A它们的分子数一样多B它们的分子平均动能一样大C它们的分子势能一样大D它们的内能一样大AB【解析】分子数 nmMNA.因水、冰、水蒸气的质量相等，所以它们的摩尔数相同，再乘阿伏加德罗常数 NA，就是它们的分子数另外，它们的温度相同，所以
16、分子的平均动能相同，而分子势能不同，分子势能最大的是水蒸气，最小的是冰内能是分子动能与分子势能的总和，故它们的内能也不相同选项 A、B 正确二、填空题3如果取分子间距离 rr0(r01010 m)时为分子势能的零势能点，则 rr0 时，分子势能为值如果取 r远时为分子势能的零势能点，则 rr0 时，分子势能为值；rr0 时，分子势能值(填“一定为正值”、“一定为负值”或“不能确定”)正正负不能确定【解析】分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加取 rr0 时为零势能点，rr0 时，分子力为引力，分子力做负功，分子势能增加为正值取 r远时为分子势能的零势能点，把分子从无限远移到 r
17、r0 处，分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能减小为负值；rr0 时，分子力表现为斥力，分子力做负功，势能增加但无法判断势能的增加量，所以无法判断分子势能的正负一、选择题：16 题为单选，78 题为多选1关于物体的内能、温度和分子的平均动能，下列说法正确的是()A温度低的物体内能一定小B温度低的物体分子运动的平均动能一定小C外界对物体做功，物体的内能一定增加D物体放热，物体的内能一定减小B【解析】物体的内能包括分子动能和分子势能，而温度是分子平均动能的标志，温度低的物体只能说分子平均动能小，选项 B 对而温度低不一定内能小，因为还有分子势能不确定选项 A 错改变物体内能的方式有两种，做功和
18、热传递，单独凭借做功或者热传递无法判断内能的变化，选项 CD 错2关于分子运动，下列说法中正确的是()A布朗运动就是液体分子的热运动B布朗运动图示中不规则折线表示的是液体分子的运动轨迹C当分子间的距离变小时，分子间斥力和引力的合力可能减小，也可能增大D物体温度改变时物体分子的平均动能不一定改变C【解析】布朗运动是悬浮在液体中固体微粒的无规则运动，是由大量液体分子撞击形成的，是液体分子无规则运动的反映，故 A 错误；布朗运动图示中不规则折线表示其运动的无规则性，并非运动轨迹，故B 错误；要判断分子力与分子之间距离的变化关系，首先明确分子之间开始距离与 r0 的关系，如若分子之间距离由无穷远开始变
19、小，分子力变化可能是先增大后减小再增大，故 C 正确；温度是分子平均动能的标志，物体温度改变，分子平均动能一定改变，故 D 错误3今年年初我国多省市遭遇雾霾笼罩，雾霾中含有大量的 PM2.5，PM2.5 是指空气中直径等于或小于2.5 m 的悬浮颗粒物，其悬浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害下列关于 PM2.5 的说法正确的是()APM2.5 的尺寸与空气中氧分子尺寸的数量级相当BPM2.5 在空气中的运动属于分子的热运动CPM2.5 的无规则运动是由空气中大量无规则运动的分子对其撞击的不平衡引起的DPM2.5 的无规则运动不受环境温度的影响C【解析】由题意知 PM
20、2.5 是指空气中直径等于或小于 2.5 m 的悬浮颗粒物，它不是分子，尺寸比分子大得多，选项 A、B 错误；PM2.5 在空气中做布朗运动，据布朗运动的特点可知选项 C 正确、D 错误4关于分子间相互作用力的以下说法正确的是()A分子间同时存在着引力和斥力，分子间斥力实质为电荷之间的库仑力，分子间引力实质为万有引力B当分子间距离 rr0 时，分子间的分子力为零，此时分子间没有相互作用力C当 rr0 时，r 增大，分子间斥力、引力都增大，但斥力增加更快，故分子间作用力体现为斥力D当 rr0 时，r 增大，分子间引力减小，斥力也减小，但斥力比引力减小得更快，故分子间作用力表现为引力，且分子力随着
21、分子间距 r 的增大而先增大后减小直到为零 D【解析】分子力的本质是不同分子中原子核所带正电荷之间的斥力和原子核所带正电荷和电子所带负电荷的引力，分子之间的万有引力远小于库仑力，可忽略，故 A 错；rr0，分子间有大小相等的引力和斥力，B 错rr0时，r 增大，斥力比引力减小得快，分子力表现为引力，并且是先增大，后减小，当 r时，斥力、引力，都为 0，分子力也为 0，D 对，选 D.5下列有关热现象的叙述中正确的是()A物体内所有分子的热运动动能的总和就是物体的内能B对于同一种气体，温度越高，分子平均动能越大C物体的内能增加，一定要从外界吸收热量D物体的体积越大，分子势能就越大B【解析】内能指
22、的物体内所有分子的动能和势能之和，它与构成物体的分子个数、温度、体积有关，其中温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，而分子势能与分子间的距离(物体体积)有关，但关系不是线性的，体积大，分子势能不一定大；做功和热传递都可以改变物体的内能综上，答案 ACD错误，B 选项正确6下列现象中，哪个不可以用分子热运动来解释()A长期放煤的地方，地面下 1 cm 深处的泥土变黑B炒菜时，满屋子闻到香味C大风吹起地上的尘土到处飞扬D食盐粒沉在盛有水的杯底，水也会变咸C【解析】长期放煤的地方，地面下 1 cm 深处的泥土变黑是分子运动的结果，A 正确，炒菜时，满屋子闻到香味是分子的扩散现象，B
23、正确，尘土飞扬是物质微粒的运动故 C 不正确食盐粒沉在杯底，水也会变咸，由于分子的运动彼此进入对方分子间的空隙，故 D 正确7两分子间的斥力和引力的合力 F 与分子间距离 r 的关系如图中曲线所示，曲线与 r 轴交点的横坐标为 r0.相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是()A在 rr0 阶段，分子动能增大，势能减小B分子动能和分子势能之和在整个过程中不变C在 rr0 时，分子力合力为零D在 rr0 时，分子势能为零ABC【解析】r0 是分子的平衡距离，r 大于平衡距离，分子力表现为引力，F 做正功，分子动能增加，势能减小，故 A
24、正确；因为只有分子力做功，所以分子动能和势能之和在整个过程中不变，故 B 正确；在 rr0 时，引力等于斥力，分子力合力为零，选项 C 正确；当 r 等于 r0 时，分子势能最小但不为零，故 D 错误8下列关于分子运动和热现象的说法正确的是()A气体如果失去了容器的约束就会散开，这是由于气体分子之间存在势能的缘故B一定量 100 的水变成 100 的水蒸气，其分子势能增加C一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子势能的总和D如果气体温度升高，那么所有分子的速率都增加BC【解析】气体分子失去容器后会散开是由于气体分子无规则热运动造成的，A 选项错误；气温升高，气体分子平均动能和平均速率增大
25、，但不是每个气体分子速率都增大，D 选项错误一定量 100 的水变成 100 的水蒸气，要继续加热，分子势能增加而分子动能不变，B 对；由内能的定义，可知 C 对选 BC.二、计算题9设想将 1 g 水均匀分布在地球表面上，估算 1 cm2 的表面上有多少个水分子？(已知 1 mol 水的质量为 18 g，地球的表面积约为 51014 m2，结果保留一位有效数字)【解析】1 g 水的分子数 NmMNA，1 cm2 的分子数 nN SS07103.10某种油滴的摩尔质量 M0.1 kg/mol，密度 0.8103 kg/m3，取体积 V3.7104 cm3 的该种油滴滴在水面上，展开成一面积 S
26、0.5 m2 的单分子油膜(1)求出分子的直径；(2)估算出阿伏加德罗常数【解析】(1)油膜的厚度即为油分子的直径，所以有 dVS3.71041060.5m7.41010 m.(2)油的摩尔体积为 VAM 0.10.8103 m3/mol1.25104 m3/mol，每个分子的体积为 V016d3163.14(7.41010)3 m3 2.121028 m3，所以阿伏加德罗常数为 NAVAV0 1.251042.121028 mol15.91023 mol1.11清晨，湖中荷叶上有一滴约为 0.1 cm3 的水珠，已知水的密度 1.0103 kg/m3，水的摩尔质量 M1.8102 kg/mol，试估算：(1)这滴水珠中约含有多少水分子；(2)一个水分子的直径多大(以上计算结果保留两位有效数字)【解析】(1)nmMNAVM NA1.010311071.8102610233.31021(个)(2)建立水分子的球模型，有43d23 MNA 则水分子的直径 d36MNA361.81023.14110361023 m3.91010 m.