选修3-3 7.1物体是由大量分子组成的
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第七章 分子动理论1 物体是由大量分子组成的记一记物体是由大量分子组成的知识体系一个桥梁——阿伏加德罗常数是联系宏观与微观物理量的桥梁一个方法——油膜法估测分子大小两种模型——⎩⎪⎨⎪⎧固体、液体分子:球体模型气体分子:立方体模型 两种思想——⎩⎪⎨⎪⎧ 等效替代:油膜法测分子直径d =V S , 通过测宏观量替代微观量的测量近似估计:把油酸分子当做球形处理辨一辨1.无论是无机物的分子,还是有机物的分子,其分子大小的数量级都是10-10 m .(×)2.本节中所说的“分子”,包含了分子、原子、离子等多种粒子.(√)3.分子的质量是很小的,其数量级为10-19 kg.(×)4.在同温同压时,相同体积的任何气体单质所含的原子数目相同.(×)5.3 g 氢气所含原子数目为阿伏加德罗常数.(×)想一想1.已知气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数,能否计算出一个气体分子的体积?提示:不能,因为气体分子间距离比较大,只能计算出一个气体分子平均占有的空间.2.用油膜法估测分子直径大小实验中,哪些步骤体现出了“估测”?提示:(1)在测油膜面积时,轮廓内不足半个格舍去,多于半个格的算一个.(2)油膜厚度视为单分子油膜.(3)认为分子为球形且无间隙排列.3.在用油膜法测分子大小的实验中,为什么不直接用纯油酸而是用被稀释过的油酸酒精溶液?提示:如果往水面上直接滴纯油酸,一是体积太大,形成的油膜面积太大,不便于在实验室中测量,二是纯油酸在水面上不易散开形成单分子油膜,而油酸酒精溶液更有利于油酸在水面上形成单分子油膜,同时酒精易挥发,不影响测量结果.思考感悟:练一练1.(多选)“用油膜法估测分子的大小”实验的科学依据是()A.将油酸形成的膜看成单分子油膜B.不考虑各油酸分子间的间隙C.考虑了各油酸分子间的间隙D.将油酸分子看成球形解析:实验中油酸的直径是用油酸的体积除以油膜的面积来计算,所以实验的科学依据是将油膜看成单分子油膜,不考虑油酸分子间的间隙,并把油酸分子看成球形,所以A、B、D三项正确,C项错误.答案:ABD2.关于物体中的分子数目,下列说法中正确的是()A.质量相等的物体含有相同的分子数B.体积相同的物体含有相同的分子数C.物质的量相同的物体含有相同的分子数D.体积相同的气体含有相同的分子数解析:1摩尔任何物质所含有的分子数相同,所以物质的量相同的物体,分子数一定相同.答案:C3.(多选)在用油膜法估测分子直径大小的实验中,若已知油的摩尔质量为M,密度为ρ,油滴质量为m,油滴在水面上扩散后的最大面积为S,阿伏加德罗常数为N A,以上各量均采用国际单位,那么()A.油滴分子直径d=M ρSB.油滴分子直径d=mρSC.油滴所含分子数N=M m N AD.油滴所含分子数N=mM N A解析:油膜法测分子直径,认为油膜的厚度就为分子直径,油膜的质量为m,最大面积为S,则油膜的体积为V=mρ,油滴分子直径为d=mρS,故B项正确,A项错误;油滴的物质的量为mM,油滴所含分子数为N=mM N A,D项正确,C项错误.答案:BD4.某种物质的摩尔质量为M(单位为kg/mol),密度为ρ(单位为kg/m3),若用N A表示阿伏加德罗常数,则:(1)每个分子的质量是________;(2)1 m3的这种物质中包含的分子数目是________;(3)1 mol的这种物质的体积是________;(4)平均每个分子所占据的空间的大小是________.解析:(1)每个分子的质量等于摩尔质量与阿伏加德罗常数的比值,即m0=M N A.(2)1 m3的这种物质中含有的分子的物质的量为:n=ρM,故1m3的这种物质中含有的分子数为:n·N A=ρN A M.(3)1 mol 这种物质的体积,即摩尔体积V m =M ρ. (4)平均每个分子所占据的空间的大小是摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值,即V 0=V m N A =M ρN A. 答案:(1)M N A (2)ρN A M (3)M ρ (4)M ρN A要点一 分子大小的计算1.纳米材料具有广泛的应用前景,在材料科学中纳米技术的应用使材料科学日新月异,在1 nm 的长度上可以排列的分子(其直径约为10-10 m)个数最接近于( )A .1个B .10个C .100个D .1 000个解析:纳米是长度的单位,1 nm =10-9 m ,即1 nm =10×10-10 m ,所以排列的分子个数接近于10个.故B 项正确.答案:B2.下列说法中正确的是( )A .物质是由大量分子组成的B .无论是无机物质的小分子,还是有机物质的大分子,其分子大小的数量级都是10-10 mC .本节中所说的“分子”,只包含了化学中的分子,不包括原子和离子D .分子的质量是很小的,其数量级为10-10 kg解析:物质是由大量分子组成的,故A 项正确;一些有机物质的分子较大,大小超过10-10 m ,故B 项错误;本节中所说的分子包括化学中的分子、原子和离子等统称为分子,故C 项错误;分子质量的数量级一般为10-26 kg ,故D 项错误.答案:A要点二 油膜法估测分子的大小3.(多选)某同学在“用油膜法估测分子的大小”实验中,计算结果明显偏大,可能是由于( )A .油酸未完全散开B .油酸中含有大量的酒精C .计算油膜面积时舍去了所有不足一个的方格D .求每滴溶液的体积时,1 mL 的溶液的滴数多记了10滴解析:由油酸分子直径d =V S 知,计算结果明显偏大可能是V取大了或S 取小了.油酸未完全散开,所测S 偏小,d 偏大,A 项正确;油酸中含有大量酒精,不影响测量结果,B 项错误;若计算油膜面积时舍去了所有不足一个的方格,使S 偏小,d 偏大,C 项正确;若求每滴溶液的体积时,1 mL 溶液的滴数多记了10滴,使V 偏小,d 偏小,D 项错误.答案:AC4.为了减小“用油膜法估测分子的大小”的误差,下列方法可行的是( )A .用注射器取1 mL 配制好的油酸酒精溶液,共可滴N 滴,则每滴中含有油酸1N mLB .把浅盘水平放置,在浅盘里倒入一些水,使水面离盘口距离小一些C .先在浅盘中撒些痱子粉,再用注射器把油酸酒精溶液多滴几滴在水面上D .用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成矩形解析:1N mL 是一滴油酸酒精溶液的体积,乘以其中油酸的浓度才是一滴溶液中油酸的体积,A 项错误;B 项的做法是正确的;多滴几滴能够使形成油膜的油酸体积测量更精确些,但多滴以后会使油膜面积增大,可能使油膜的一部分与浅盘的壁相接触,这样油膜就不是单分子油膜了,故C 项错误;D 项中的做法没有必要,并且牙签上沾有油酸,会使油酸体积测量误差增大.答案:B5.“用油膜法测量油酸分子的大小”实验的简要步骤如下:A .将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去,多于半个的算一个),再根据方格的边长求出油膜的面积S .B .将一滴酒精油酸溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将薄膜的轮廓描绘在玻璃板上.C.用浅盘装入约2 cm深的水.D.用公式d=VS,求出薄膜的厚度,即油酸分子的直径.E.根据酒精油酸溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V.上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完整之处,请指出:(1)__________________________________________________ ______________________.(2)__________________________________________________ ______________________.上述实验步骤的合理顺序是________________.解析:在将溶液滴入水面之前,应在水面上均匀撒上一层痱子粉或细石膏粉,这样可以清楚地看出油膜的轮廓,在实验过程中,还必须量出一滴油酸溶液的体积.答案:(1)C步骤中,缺少在水面上撒痱子粉(2)遗漏的步骤:F.用注射器或滴管将溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒增加一定体积时的滴数CFBAED或FCBAED 6.在做“用油膜法估测分子大小”的实验时,油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.1 mL,用注射器测得1 mL 上述溶液有200滴,把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里,待水面稳定后,测得油酸膜的近似轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为1 cm,则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________mL,油酸膜的面积是________cm2.根据上述数据,估测出油酸分子的直径是________m.解析:每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V=0.11 000×1200mL=5×10-7 mL,油膜的面积S=40×1 cm2=40 cm2,分子直径d=5×10-7×10-640×10-4m=1.25×10-10 m.答案:5×10-740 1.25×10-10要点三阿伏加德罗常数的应用7.只要知道下列一组物理量,就可以估算出气体分子间的平均距离的是()A.阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和质量B.阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和密度C.阿伏加德罗常数、该气体的质量和体积D.该气体的密度、体积和摩尔质量解析:根据A项的条件可以求出分子的总个数,而不能继续求得分子的体积V0,故A项错误;再对B、C、D三项进行分析判断从而得出正确答案为B项.答案:B8.(多选)已知阿伏加德罗常数为N A,铜的摩尔质量为M(kg/mol),密度为ρ(kg/m3),下面的结论中正确的是()A.1 m3铜所含原子的数目为N A MB.1个铜原子的质量为M N AC.1个铜原子的体积为M ρN AD.1 kg铜所含原子的数目为N A 解析:固体与微观量之间的关系为摩尔质量=N A·原子质量摩尔质量=N A·原子体积故1 m3铜所含原子数目为ρM·N A,故A项错误.1个铜原子的质量为MN A,故B项正确.一个铜原子的体积是MρN A,故C项正确.1 kg铜所含原子的数目为N AM,故D项错误.答案:BC9.(多选)对于液体和固体来说,如果用M mol表示摩尔质量,m表示分子质量,ρ表示物质密度,V mol表示摩尔体积,V分子表示分子体积,N A表示阿伏加德罗常量,下列各式中能正确反映这些量之间关系的是()A.N A=V molV分子B.N A=M molV molC.V mol=ρM mol D.V mol=M mol ρ解析:对液体和固体来说N A=V molV分子,N A=M molm,A项正确,B项错误;摩尔体积V mol=M molρ,故C项错误,D项正确.答案:AD基础达标1.关于分子的形状、大小及其估算,下列说法错误的是()A.分子看作球形是分子的简化模型,实际上分子的形状并不真的都是球形B.所有分子的直径都相同C.不同分子的直径一般不同,但一般分子直径的数量级相同D.测定分子大小的方法有多种,油膜法只是其中的一种解析:分子的结构和形状比较复杂,球状模型只是它的一种简化模型,分子的直径并不都相同,但直径的数量级一般都相同,油膜法是估测分子直径常用的一种方法,故B项错误.答案:B2.(多选)某气体的摩尔质量为M mol,摩尔体积为V mol,密度为ρ,每个分子的质量和体积分别为m和V0,则阿伏加德罗常数N A不可表示为()A.N A=M molm B.N A=ρV molmC.N A=V molV0D.N A=M molρV0解析:阿伏加德罗常数N A=M molm=ρV molm=V molV,其中V应为每个气体分子所占有的体积,而V0是气体分子的体积,由于气体分子间有距离,故两者不相等,C项错误;D项中ρV0不是气体分子的质量,因而也是错误的.答案:CD3.[2019·上海嘉定区模拟]在“用油膜法估测分子的大小”实验中,用“数格子”的方法是为了估算()A.一滴油酸的体积B.油膜的面积C.一个油酸分子的体积D.一个油酸分子的面积解析:用“数格子”的方法是为了估算一滴油酸酒精溶液中的油酸形成的油膜的面积,B项正确.答案:B4.(多选)关于用“油膜法”估测分子大小的实验,下列说法中正确的是()A.单分子油膜的厚度被认为是油酸分子的直径B.测量结果表明,分子直径的数量级是10-10 mC.实验时先将一滴油酸酒精溶液滴入水面,再把痱子粉撒在水面上D.处理数据时,将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就算得油酸分子的直径解析:单分子油膜的厚度被认为是油酸分子的直径,A项正确;测量结果表明,分子直径的数量级是10-10 m,B项正确;实验时先把痱子粉撒在水面上,再将一滴油酸酒精溶液滴入水面,C 项错误;处理数据时,将一滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积除以油膜面积就算得油酸分子的直径,D项错误.答案:AB5.[2019·大连高二检测](多选)已知阿伏加德罗常数为N A,某物质的摩尔质量为M(kg/mol),该物质的密度为ρ(kg/m3),则下列叙述中正确的是()A.1 kg该物质所含的分子个数是1M N AB.该物质1个分子的质量是ρN A(kg)C.该物质1个分子占有的空间是MρN A(m3)D.该物质的摩尔体积是M ρ解析:1 kg该物质所含的分子个数是1M N A,A项正确;该物质1个分子的质量是MN A(kg),B项错误;该物质的摩尔体积为Mρ,故1个分子占有的体积为MρN A(m3),C、D正确.答案:ACD6.下列哪一组物理量可以算出氧气的摩尔质量()A.氧气的密度和阿伏加德罗常数B.单个氧气分子的体积和阿伏加德罗常数C.单个氧气分子的质量和阿伏加德罗常数D.单个氧气分子的体积和氧气分子的质量解析:计算氧气的摩尔质量,可以用单个氧气分子的质量乘以阿伏加德罗常数,C项正确;也可以用氧气的密度乘以氧气的摩尔体积,而A项没有给出氧气的摩尔体积;B、D两项不能求出氧气的摩尔质量.答案:C7.某物质的密度为ρ,其摩尔质量为Μ,阿伏加德罗常数为N A,那么单位体积内该物质所含的分子数是()A.N Aρ B.N AMC.MN Aρ D.ρN AM解析:该物质的摩尔体积为V m=Mρ,则单位体积内该物质的分子数为n=N AV m=ρN AM,选项D正确.答案:D8.(多选)关于“用油膜法估测分子大小”的实验,下列说法正确的是()A.实验时应先将痱子粉撒在水面上,再将1滴油酸酒精溶液滴在水面上B.用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,若100滴溶液的体积是1 mL,则1滴油酸酒精溶液中含有的油酸是10-2 mLC.用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液,同时将玻璃板放在浅盘上,并立即在玻璃板上描下油膜的形状D.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,计算轮廓范围内正方形小方格的个数(小于半格的不算,超过半格的算一格),并求得油膜的面积E.根据1滴油酸酒精溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可算出油膜厚度d=VS,即油酸分子的直径解析:实验时应先将痱子粉撒在水面上,再将1滴油酸酒精溶液滴在水面上,A项正确;若100滴溶液的体积是1 mL,则1滴油酸酒精溶液的体积是10-2mL,1滴溶液中纯油酸的体积小于10-2 mL,B项错误;在玻璃板上描油膜的形状时,要等油酸酒精溶液充分扩散形成单分子油膜后再进行,C项错误;将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,计算轮廓范围内正方形小方格的个数,并求得油膜的面积,D项正确;由于油膜为单分子薄膜,故通过d=VS计算出的油膜的厚度即油酸分子的直径,E项正确.答案:ADE9.已知在标准状况下,1 mol氢气的体积为22.4 L,氢气分子间距约为()A.10-9 m B.10-10 mC.10-11 m D.10-8 m解析:在标准状况下,1 mol氢气的体积为22.4 L,则每个氢气分子占据的体积V0=VN A=22.4×10-36.02×1023m3=3.72×10-26 m3.按立方体计算,占据体积的边长为L=3V0=33.72×10-26m≈3.3×10-9 m.故选A项.答案:A10.(多选)关于分子的大小,下列说法正确的是()A.质量相同的任何物质,分子数都相同B.摩尔质量相同的物质,分子质量一定相同C.分子质量之比一定等于它们的摩尔质量之比D.密度大的物质,分子质量一定大E.固体和液体的每个分子的大小就是每个分子占据的空间的大小解析:质量相同,摩尔质量不一定相同,分子数不一定相同,A项错误;摩尔质量相同,分子个数相同,每个分子质量相同,B 项正确;分子质量等于摩尔质量除以阿伏加德罗常数,所以分子质量之比一定等于它们的摩尔质量之比,C项正确;密度大的物质体积相同时质量大,但分子个数不确定,无法比较分子质量大小,D项错误;我们认为固体和液体的分子是紧密排列的,每个分子的大小就是每个分子占据的空间的大小,E项正确.答案:BCE11.用油膜法测得分子的直径为D,已知油酸的摩尔质量为M,阿伏加德罗常量为N A,则油酸的密度为ρ=________.解析:每一个油酸分子的体积为V0=43πR3=16πD3,油酸的摩尔体积为V=N A V0=16πD3N A.所以油酸的密度为ρ=MV=6MπD3N A.答案:6M πD3N A能力达标12.(多选)某气体的摩尔质量为M,分子质量m.若1摩尔该气体的体积为V m,密度为ρ,则该气体单位体积内的分子数为(阿伏加德罗常数为N A)()A.N AV m B.MmV mC.ρN AM D.ρN Am解析:N A是指每摩尔该气体含有的气体分子数量,V m是指每摩尔该气体的体积,N AV m即单位体积内该气体含有的分子数量,A项正确;摩尔质量M与分子质量m相除得到每摩尔该气体含有的气体分子数,即N A,结合选项A的分析知,B项正确;气体摩尔质量除以密度得到气体的摩尔体积V m,结合选项A的分析知,C 项正确,D项错误.答案:ABC13.某实验小组用油膜法估测油酸分子的大小,实验中所用的油酸酒精溶液的体积分数为0.1%,1 mL上述溶液有50滴,实验中用滴管吸取该油酸酒精溶液向浮有痱子粉的水面中央滴入一滴.(1)该实验中的理想化假设是________.A .将油膜看作单分子层薄膜B .不考虑油酸分子间的间隙C .不考虑油酸分子间的相互作用力D .将油酸分子看成球形(2)实验中描出油酸薄膜轮廓如图所示,已知每一个正方形小方格的边长为2 cm ,则该油酸薄膜的面积为________m 2.(结果保留一位有效数字)(3)经计算,油酸分子的直径为________m .(结果保留一位有效数字)解析:(1)用油膜法估测分子的直径,不考虑分子间的间隙,将油膜看成单分子层薄膜,将油酸分子看成球形.故选A 、B 、D.(2)由于每个小方格的边长为2 cm ,则每一个小方格的面积就是4 cm 2,估算油膜面积时超过半格的按一格计算,小于半格的舍去,由题图所示,可估算出油酸薄膜占75格,则油酸薄膜面积S =75×4 cm 2=300 cm 2=3×10-2 m 2.(3)1滴油酸酒精溶液纯油酸体积V =1×10-650×0.1% L ,由V =Sd 得d =7×10-10 m.答案:(1)ABD (2)3×10-2 (3)7×10-1014.教育部办公厅和卫生部办公厅联合发布了《关于进一步加强学校控烟工作的意见》(以下简称《意见》).《意见》中要求,教师在学校的禁烟活动中应以身作则、带头戒烟,通过自身的戒烟,教育、带动学生自觉抵制烟草的诱惑.试估算一个高约2.8 m ,面积约10 m 2的两人办公室,若只有一人吸了一根烟.求(在标准状况下,空气的摩尔体积为22.4×10-3 m 3/mol ,可认为吸入气体的体积等于呼出气体的体积):(1)估算被污染的空气分子间的平均距离;(2)另一不吸烟者呼吸一次大约吸入多少个被污染过的空气分子.(人正常呼吸一次吸入气体的体积为300 cm 3,一根烟大约吸10次)解析:(1)吸烟者吸完一根烟吸入气体的总体积为10×300 cm 3,含有的空气分子数为n =10×300×10-622.4×10-3×6.02×1023个=8.1×1022个办公室单位体积空气内含被污染的空气分子数为8.1×102210×2.8个/m3=2.9×1021个/m3每个污染分子所占体积为V=12.9×1021m3所以被污染的空气分子间的平均距离为L=3V=7×10-8 m.(2)被动吸烟者一次吸入被污染的空气分子数约为2.9×1021×300×10-6个=8.7×1017个.答案:(1)7×10-8 m(2)8.7×1017个。
1 物体是由大量分子组成的[学科素养与目标要求]物理观念:1.知道物体是由大量分子组成的.2.知道分子的大小.3.知道阿伏加德罗常数及其意义. 科学思维:会用阿伏加德罗常数进行有关计算和估算,领会阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁.科学探究:通过油膜法估测油酸分子的大小,让学生经历“实验设计、现象分析、仪器使用”,体会估测法的巧妙.一、用油膜法估测分子的大小1.处理方法(1)理想化:认为油酸薄膜是由单层油酸分子紧密排列组成的,则油膜的厚度即为油酸分子的直径,如图1所示.图1(2)模型化:把油酸分子简化成球形.2.估算方法实验时测出一滴油酸的体积V ,再测出油膜的面积S ,估算出油膜的厚度,认为就是油酸分子的直径d =V S. 3.分子的大小一般分子大小的数量级是10-10 m.二、阿伏加德罗常数1.定义:1 mol 的任何物质所含有的粒子数.2.大小:在通常情况下取N A =6.02×1023 mol -1,在粗略计算中可以取N A =6.0×1023 mol -1.3.意义:阿伏加德罗常数是一个重要的常数.它把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、分子大小等微观物理量联系起来,即阿伏加德罗常数N A 是联系宏观量与微观量的桥梁.1.判断下列说法的正误.(1)若撒入水中的痱子粉太多,会使油酸未完全散开,从而使测出的分子直径偏小.( × )(2)若滴在水面的油酸酒精溶液体积为V ,铺开的油膜面积为S ,则可估算出油酸分子直径为V S. ( × )(3)阿伏加德罗常数所表示的是1 g 物质内所含的分子数.( × )(4)所有分子的直径都相同.( × )2.已知水的摩尔质量是18 g/mol ,则一个水分子的质量约为________ kg.答案 3.0×10-26解析 m 0=18×10-36.0×1023 kg =3.0×10-26 kg.一、用油膜法估测分子的大小如图是用油膜法估测分子的大小时在水面上形成的油酸膜的形状.(1)实验中为什么不直接用纯油酸而是用被稀释过的油酸酒精溶液?(2)实验中为什么在水面上撒痱子粉(或细石膏粉)?(3)实验中可以采用什么方法测量油膜的面积?答案 (1)用酒精对油酸进行稀释有利于获取更小体积的纯油酸,这样更有利于油酸在水面上形成单分子油膜.同时酒精易挥发,不影响测量结果.(2)撒痱子粉(或细石膏粉)后,便于观察所形成的油膜的轮廓.(3)运用数格子法测油膜面积,多于半个的算一个,少于半个的舍去.这种方法所取方格的单位越小,计算的面积误差越小.实验:用油膜法估测分子的大小 1.实验原理把一滴油酸(事先测出其体积V )滴在水面上,油酸在水面上形成油酸薄膜,将其认为是单分子层,且把分子看成球形.油膜的厚度就是油酸分子的直径d ,测出油膜面积S ,则油酸分子直径 d =V S. 2.实验器材配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、水、痱子粉(或细石膏粉)、注射器、量筒、玻璃板、彩笔、坐标纸.3.实验步骤(1)用注射器取出按一定比例配制好的油酸酒精溶液,缓缓推动活塞,把溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内增加一定体积V 1时的滴数n ,算出一滴油酸酒精溶液的体积V ′=V 1n.再根据油酸酒精溶液中油酸的浓度η,算出一滴油酸酒精溶液中的纯油酸体积V =V ′η.(2)在水平放置的浅盘中倒入约2 cm 深的水,然后将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上,再用注射器将配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上.(3)待油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板平放到浅盘上,然后用彩笔将油酸膜的形状描在玻璃板上.(4)将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油膜的面积S (以坐标纸上边长为1 cm 的正方形为单位,计算轮廓范围内的正方形个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个).(5)根据测出的一滴油酸酒精溶液里纯油酸的体积V 和油酸薄膜的面积S ,求出油膜的厚度d ,则d 可看做油酸分子的直径,即d =V S. 4.注意事项(1)油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置,以免浓度改变,造成较大的实验误差.(2)实验前应注意检查浅盘是否干净,否则难以形成油膜.(3)浅盘中的水应保持平稳,痱子粉(或细石膏粉)应均匀撒在水面上.(4)向水面滴油酸酒精溶液时,应靠近水面,不能离水面太高,否则油膜难以形成.(5)待测油酸薄膜扩散后又会收缩,要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓.例1 (2018·宜春市期末)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时,油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL 溶液中有纯油酸0.2 mL ,用量筒和注射器测得1 mL 上述溶液有80滴,用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有痱子粉的浅盘里,待水面稳定后,画出油酸薄膜的轮廓如图2所示,图中正方形小方格的边长为1 cm.(结果均保留两位有效数字)图2(1)油酸薄膜的面积是________ m 2.(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是______ m 3.(3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径是________ m .(结果保留两位有效数字)(4)某同学所得到的油酸分子直径的计算结果明显偏小,可能是由于________.A .油酸未完全散开B .油酸酒精溶液中含有大量酒精C .计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格D .在向量筒中滴入1 mL 油酸酒精溶液时,滴数多数了10滴答案 (1)4.0×10-3 (2)2.5×10-12 (3)6.3×10-10 (4)D解析 (1)由于每个小方格边长为1 cm ,则每一个小方格的面积就是1 cm 2,数出在油膜轮廓范围内的格子数(超过半格的以一格计算,小于半格的舍去)为40个,则油酸薄膜的面积S =40 cm 2=4.0×10-3 m 2.(2)由题意知,80滴油酸酒精溶液的体积为1 mL ,且油酸酒精溶液的体积分数为0.02%,故每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V 0=V N ×0.02%=180×0.02%×10-6 m 3=2.5×10-12 m 3. (3)油酸分子直径d =V 0S =2.5×10-124.0×10-3m ≈6.3×10-10 m. (4)计算油酸分子直径的公式是d =V S,V 是纯油酸的体积,S 是油膜的面积.若水面上痱子粉撒得较多,油酸未完全散开,即油膜没有充分展开,则测量的面积S 偏小,导致计算结果偏大,A 错误;大量的酒精更易使油酸分子形成单分子层薄膜,会使测量结果更精确,B 错误;若计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,S 将偏小,计算结果将偏大,C 错误;若在向量筒中滴入1 mL 油酸酒精溶液时,滴数多数了10滴,则计算所得的V 偏小,故d 偏小,D 正确.针对训练 (2019·上海市嘉定区期末)在做“用油膜法估测分子直径的大小”的实验中(1)实验简要步骤如下:A .将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数,再根据方格的边长求出油膜的面积SB .将一滴油酸酒精溶液滴在水面,待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上C .用浅盘装入约2 cm 深的水,然后将痱子粉均匀地撒在水面上D .取一定体积的油酸和确定体积的酒精混合均匀配制成一定浓度的油酸酒精溶液E .根据油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积VF .用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内增加一定体积时的滴数G .由V S得到油酸分子的直径d 上述实验步骤的合理顺序是________________.(填写字母编号)(2)在本实验中“将油膜分子看成紧密排列的球形,在水面形成单分子油膜”,体现的物理思想方法是______________________________________________________________________.(3)若所用油酸酒精溶液的浓度约为每104 mL 溶液中有纯油酸6 mL.用注射器测得1 mL 上述溶液为75滴,把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,待水面稳定后,描出的油酸膜的轮廓形状和尺寸如图3所示,坐标中正方形方格的边长为1 cm ,由此可估测油酸分子的直径是_____ m . (保留一位有效数字)图3答案 (1)CDFEBAG(或DFECBAG) (2)理想模型法 (3)6×1010解析 (1)实验步骤为:将配制好的油酸酒精溶液,通过量筒测出1滴此溶液的体积.然后将1滴此溶液滴在有痱子粉的浅盘里的水面上,等待形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔描绘出油酸膜的形状,将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,按不足半个舍去,多于半个的算一个,统计出油酸薄膜的面积.则用1滴此溶液中纯油酸的体积除以1滴此溶液形成的油酸薄膜的面积,恰好就是油酸分子的直径.故实验步骤的合理顺序为CDFEBAG(或DFECBAG);(2)在本实验中“将油膜分子看成紧密排列的球形,在水面形成单分子油膜”,体现的物理思想方法是理想模型法; (3)由题图可知,油膜所占方格数为130个,则油膜的面积:S =130×1×1 cm 2=130 cm 2;每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积:V =175×6104 mL =8×10-6 mL 油酸分子的直径:d =V S =8×10-6 cm 3130 cm 2≈6×10-8 cm =6×10-10 m.二、阿伏加德罗常数(1)1 mol 的物质内含有多少个分子?用什么表示?(2)若某种物质的摩尔质量为M ,摩尔体积为V ,则一个分子的质量为多大?假设分子紧密排列,一个分子的体积为多大?(已知阿伏加德罗常数为N A )(3)V mol =N A V 0(V 0为一个分子的体积,V mol 为摩尔体积),对于任何物质都成立吗? 答案 (1)6.02×1023个 N A (2)M N A V N A(3)V mol =N A V 0仅适用于固体和液体,不适用于气体.阿伏加德罗常数的应用1.N A 的桥梁和纽带作用阿伏加德罗常数是联系宏观世界和微观世界的一座桥梁.它把摩尔质量M mol 、摩尔体积V mol 、物体的质量m 、物体的体积V 、物体的密度ρ等宏观量,跟单个分子的质量m 0、单个分子的体积V 0等微观量联系起来,如图4所示.图4其中密度ρ=m V =M mol V mol ,但要切记对单个分子ρ=m 0V 0是没有物理意义的. 2.常用的重要关系式(1)分子的质量:m 0=M mol N A. (2)分子的体积:V 0=V mol N A =M mol ρN A(适用于固体和液体). 注意:对于气体分子V mol N A只表示每个分子所占据的空间.(3)质量为m 的物体中所含有的分子数:n =mN A M mol . (4)体积为V 的物体中所含有的分子数:n =VN A V mol. (5)分子的直径①对于液体和固体,分子间距离比较小,可以认为分子是一个挨着一个紧密排列的球体,由V 0=V mol N A 及V 0=16πd 3可得:d =36V mol πN A. ②对于气体,分子间距很大,一般建立立方体模型.将每个气体分子看成一个质点,气体分子位于立方体中心,如图5所示,则立方体的边长即为分子间距.由V 0=V mol N A及V 0=d 3可得:d =3V mol N A.图5例2 (多选)若以μ表示氮气的摩尔质量,V 表示在标准状况下氮气的摩尔体积,ρ是在标准状况下氮气的密度,N A 为阿伏加德罗常数,m 、v 分别表示每个氮气分子的质量和体积,下面四个关系式中正确的是( )A .N A =VρmB .ρ=μN A vC .m =μN AD .v =V N A答案 AC解析 摩尔质量μ=mN A =ρV ,故N A =Vρm ,m =μN A,故A 、C 正确;氮气分子间距离很大,N A v 并不等于摩尔体积V ,故B 、D 错误.例3 在标准状况下,有体积为V 的液态水和体积为V 的可认为是理想气体的水蒸气,已知液态水的密度为ρ,阿伏加德罗常数为N A ,液态水的摩尔质量为M A ,在标准状况下水蒸气的摩尔体积为V A ,问:(1)它们中各有多少水分子?(2)它们中相邻两个水分子之间的平均距离各为多少?答案 见解析解析 (1)体积为V 的液态水,质量为m =ρV ①分子个数为N =m M AN A ②联立①②式可得N =ρV M AN A ③ 对体积为V 的水蒸气,分子个数为N ′=V V AN A (2)设液态水相邻的两个水分子之间平均距离为d ,将水分子视为球体,每个水分子的体积为V 0=V N =16πd 3④ 联立③④式可得d =36M A ρN A π⑤ 设水蒸气中相邻的两个水分子之间平均距离为d ′,将水分子占据的空间视为立方体,每个水蒸气分子的体积V 0′=V N ′=d ′3⑥ 解得d ′=3V A N A.1.(用油膜法估测分子的大小)在“用油膜法估测分子大小”的实验中, (1)某同学操作步骤如下:①取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液;②在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积;③在浅盘内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;④在浅盘上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积.改正其中的错误:_________________________________________________________.(2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%,一滴溶液的体积为4.8×10-3 mL ,其形成的油膜面积为40 cm 2,则估测出油酸分子的直径为________ m.答案 (1)②在量筒中滴入N 滴溶液,测出其体积;③在水面上先撒上痱子粉(或细石膏粉)再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定 (2)1.2×10-9解析 (1)②在量筒中直接测量一滴油酸酒精溶液的体积误差太大,应先用累积法测出N 滴该溶液体积,再求出一滴的体积;③油酸在水面上形成的油膜形状不易观察,可在水面上先撒上痱子粉(或细石膏粉),再滴油酸酒精溶液,稳定后就呈现出清晰轮廓.(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V =4.8×10-3×0.10%×10-6 m 3=4.8×10-12 m 3,故油酸分子直径d =V S =4.8×10-1240×10-4 m =1.2×10-9 m.2.(用油膜法估测分子的大小)(2018·济南市模拟)某实验小组在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,所用的油酸酒精溶液的体积分数为0.1%,1 mL 上述溶液有50滴,实验中用滴管吸取该油酸酒精溶液向浮有痱子粉的水面中央滴入一滴.图6(1)该实验中的理想化假设是________.A .将油膜看作单分子层薄膜B .不考虑油酸分子间的间隙C .不考虑油酸分子间的相互作用力D .将油酸分子看成球形(2)实验中描出油酸薄膜轮廓如图6所示,已知每一个正方形小方格的边长为2 cm ,则该油酸薄膜的面积为________ m 2.(结果保留一位有效数字)(3)经计算,油酸分子的直径为________ m .(结果保留一位有效数字)答案 (1)ABD (2)3×10-2 (3)7×10-10解析 (1)用油膜法测量分子的直径,不考虑分子间的间隙,将油膜看成单分子层薄膜,将油酸分子看成球形.故选A 、B 、D.(2)由于每个小方格的边长为2 cm ,则每一个小方格的面积就是4 cm 2,估算油膜面积时超过半格的按一格计算,小于半格的舍去,由题图所示,可估算出油酸薄膜占75格,则油酸薄膜面积S =75×4 cm 2=300 cm 2=3×10-2 m 2.(3)1滴油酸酒精溶液中含油酸的体积V =150×0.1% mL =2×10-5 mL =2×10-11 m 3 则油酸分子的直径d =V S =2×10-113×10-2m ≈7×10-10 m. 3.(阿伏加德罗常数的应用)(2017·徐州市模拟)已知氧气分子的质量m =5.3×10-26 kg ,标准状况下氧气的密度ρ=1.43 kg/m 3,阿伏加德罗常数N A =6.02×1023 mol -1,求:(1)氧气的摩尔质量;(2)标准状况下氧气分子间的平均距离;(3)标准状况下1 cm 3的氧气中含有的氧气分子数.(以上计算结果均保留两位有效数字) 答案 (1)3.2×10-2 kg/mol (2)3.3×10-9 m (3)2.7×1019个解析 (1)氧气的摩尔质量为M =N A m =6.02×1023×5.3×10-26 kg/mol ≈3.2×10-2 kg/mol.(2)标准状况下氧气的摩尔体积V =M ρ,所以每个氧气分子所占空间体积V 0=V N A =M ρN A,而每个氧气分子占有的体积可以看成是棱长为a 的立方体,即V 0=a 3,则a 3=M ρN A,故 a =3M ρN A =3 3.2×10-21.43×6.02×1023 m ≈3.3×10-9 m. (3)1 cm 3氧气的质量为m ′=ρV ′=1.43×1×10-6 kg =1.43×10-6 kg则1 cm 3氧气中含有的氧气分子个数N =m ′m =1.43×10-65.3×10-26 个≈2.7×1019个.一、选择题考点一 用油膜法估测分子的大小1.(多选)(2019·武汉市部分学校高三起点调研)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,下列做法正确的是( )A .用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,若100滴溶液的体积是1 mL ,则1滴溶液中含有油酸10-2 mLB .往浅盘里倒入适量的水,再将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上C .用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液,同时将玻璃板放在浅盘上,并立即在玻璃板上描下油酸膜的形状D .将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,计算轮廓范围内正方形的个数,并求得油膜的面积E .根据1滴油酸酒精溶液中油酸的体积V 和油膜面积S 就可以算出油膜厚度d =V S,即油酸分子的大小答案 BDE解析 用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,若100滴溶液的体积是1 mL ,则1滴油酸酒精溶液的体积是10-2 mL ,含有油酸的体积小于10-2 mL ,选项A 错误;往浅盘里倒入适量的水,再将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上,选项B 正确;用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液,同时将玻璃板放在浅盘上,待油酸在水面上散开稳定后,在玻璃板上描下油酸膜的形状,选项C 错误;将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,计算轮廓范围内正方形的个数,并求得油膜的面积,选项D 正确;根据1滴油酸酒精溶液中油酸的体积V 和油膜面积S 就可以算出油膜厚度d =VS ,即油酸分子的大小,选项E正确.2.某种油剂的密度为8×102 kg/m 3,取这种油剂0.8 g 滴在水面上,最后形成油膜的最大面积约为( ) A .10-10m 2 B .104 m 2 C .1010 cm 2 D .104 cm 2答案 B解析 由d =V S ,得S =V d =mρd =8×10-48×102×10-10 m 2=104 m 2,故B 正确.3.(多选)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,若已知油滴的摩尔质量为M (单位为kg/mol),密度为ρ(单位为kg/m 3),油滴质量为m (单位为kg),油滴在水面上扩散后的最大面积为S (单位为m 2),阿伏加德罗常数为N A (单位为mol -1),那么( ) A .油滴分子直径d =MρSB .油滴分子直径d =mρSC .油滴所含分子数N =Mm N AD .油滴所含分子数N =mM N A答案 BD解析 在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,认为油膜的厚度为分子直径,油滴的质量为m ,密度为ρ,油滴在水面上扩散后的最大面积为S ,则油滴的体积为V =mρ,油滴分子直径为d =V S =m ρS ,选项B 正确,A 错误;油滴的物质的量为m M ,油滴所含分子数为N =mMN A ,选项D正确,C错误.考点二分子的大小4.(多选)关于分子,下列说法中正确的是()A.分子看成小球是分子的简化模型,实际上,分子的形状并不真的都是小球B.所有分子大小的数量级都是10-10 mC.“物体是由大量分子组成的”,其中“分子”只包含分子,不包括原子和离子D.分子的质量是很小的,其数量级一般为10-26 kg答案AD解析将分子看成小球是为研究问题方便而建立的简化模型,故A选项正确;一些有机物的分子大小的数量级超过10-10m,故B选项错误;“物体是由大量分子组成的”,其中“分子”是分子、原子和离子的统称,故C选项错误;分子质量的数量级一般为10-26 kg,故D 选项正确.5.纳米材料具有很多优越性,有着广阔的应用前景.边长为1 nm的立方体,可容纳液态氢分子(其直径约为10-10 m)的个数最接近于()A.102个B.103个C.106个D.109个答案 B解析 1 nm=10-9 m,则边长为1 nm的立方体的体积V=(10-9)3 m3=10-27 m3;将液态氢分子看成边长为10-10 m的小立方体,则每个氢分子的体积V0=(10-10)3 m3=10-30 m3,所以可容纳的液态氢分子的个数N=VV0=103个.液态氢分子可认为分子是紧挨着的,其空隙可忽略,对此题而言,建立立方体模型比球形模型运算更简洁.6.已知在标准状况下,1 mol氢气的体积为22.4 L,氢气分子间距约为()A.10-9 m B.10-10 m C.10-11 m D.10-8 m答案 A解析在标准状况下,1 mol氢气的体积为22.4 L,则每个氢气分子占据的体积V0=VN A=22.4×10-36.02×1023m3≈3.72×10-26 m3.按立方体估算,则每个氢气分子所占据体积的边长:a=3V0=33.72×10-26m≈3.3×10-9 m,故选A.考点三阿伏加德罗常数的应用7.(多选)某气体的摩尔质量为M,摩尔体积为V,密度为ρ,每个分子的质量和体积分别为m 0和V 0,则阿伏加德罗常数N A 可表示为( ) A .N A =VV 0B .N A =ρV m 0 C .N A =M m 0D .N A =M ρV 0答案 BC解析 气体的体积是指气体所充满的容器的容积,它不等于气体分子个数与每个气体分子体积的乘积,所以A 、D 错误.由质量、体积、密度关系可推知B 、C 正确.8.(多选)阿伏加德罗常数是N A (单位为mol -1),铜的摩尔质量为M (单位为g/mol),铜的密度为ρ(单位为kg/m 3),则下列说法正确的是( ) A .1 m 3铜所含的原子数目是ρN AMB .1个铜原子的质量是MN AC .1个铜原子占有的体积是M ρN AD .1 g 铜所含有的原子数目是ρN A 答案 ABC解析 1 m 3铜含有的原子数为N A V mol ,根据ρ=M V mol ,得N A V mol =ρN AM ,选项A 正确;1个铜原子的质量为m =M N A ,选项B 正确;1个铜原子占有的体积为V mol N A ,因为ρ=M V mol ,所以V mol N A =MρN A ,选项C 正确;1 g 铜所含有的原子数目为N AM ≠ρN A ,选项D 错误.9.根据下列哪组物理量,可以估算出气体分子间的平均距离的是( ) A .阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和质量 B .阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和密度 C .阿伏加德罗常数、该气体的质量和体积 D .该气体的密度、体积和摩尔质量 答案 B解析 根据气体分子间的平均距离d 的表达式d =3V 0=3MρN A,对照4个选项的条件,可知选项B 正确.10.(2019·敦煌中学一诊)钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料,设钻石的密度为ρ(单位为kg/m 3),摩尔质量为m mol (单位为g/mol),阿伏加德罗常数为N A (单位为mol -1),已知1克拉=0.2 g ,则( )A .a 克拉钻石所含有的分子数为0.2×103a N Am molB .a 克拉钻石所含有的分子数为aN Am molC .每个钻石分子直径的表达式为36m mol ×10-3N A ρπ(单位为m)D .每个钻石分子直径的表达式为36m molN A ρπ(单位为m) 答案 C解析 a 克拉钻石的物质的量为:n =0.2a m mol ,所含的分子数为:N =nN A =0.2aN Am mol,故A 、B 错误;钻石的摩尔体积为:V =m mol ×10-3ρ,每个钻石分子体积为:V 0=V N A =m mol ×10-3ρN A,设钻石分子直径为d ,则:V 0=43π(d2)3,由上述公式可求得:d =36m mol ×10-3N A ρπ(单位为m),故C正确,D 错误. 二、非选择题11.(2019·海安高级中学月考)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,1 mL 的油酸中加入酒精,直到总量达到1 000 mL ,配制成油酸酒精溶液,1 mL 溶液通过滴管实验测得为80滴,取1滴溶液滴在撒有痱子粉的浅水槽中,待油酸界面稳定后测得油膜面积为260 cm 2. (1)试估算油酸分子的直径________.(结果保留一位有效数字)(2)按照一定比例配制的油酸酒精溶液置于一个敞口容器中,如果时间偏长,会影响分子尺寸测量结果,原因是_______________________________________________________. 答案 (1)5×10-10m (2)酒精挥发使得溶液中油酸浓度变大解析 (1)测得油膜面积为S =260 cm 2=2.6×10-2 m 2,每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为:V =11 000×180 mL =1.25×10-11 m 3.油酸分子的直径:d =V S =1.25×10-112.6×10-2 m ≈5×10-10 m. (2)油酸酒精溶液置于一个敞口容器中,如果时间偏长,酒精挥发,导致油酸浓度增大,因此分子直径测量结果比实际偏小.12.(2018·湖北省部分重点中学高二下期中)下面介绍了两种测量分子大小的方法: (1)先用移液管量取0.30 mL 油酸,倒入标注300 mL 的容量瓶中,再加入酒精后得到300 mL的溶液.然后用滴管吸取这种溶液,向小量筒中滴入200滴溶液,溶液的液面刚好达到量筒中1 mL 的刻度,再用滴管吸取配好的油酸酒精溶液,向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下1滴溶液,在液面上形成油酸薄膜,待油膜稳定后,放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜,如图1所示.坐标格的正方形大小为1 cm ×1 cm.由图可以估算出油膜的面积是______ cm 2(保留两位有效数字),由此估算出油酸分子的直径是________ m(保留一位有效数字).图1 图2(2)如图2是用离子显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片.这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.45×10-8 m 的圆周而组成的.由此可以估算出铁原子的直径约为________ m .(结果保留两位有效数字) 答案 (1)65 8×10-10(2)9.5×10-10解析 (1)由图示油膜可知,油膜的面积:S =65×1 cm ×1 cm =65 cm 2;1滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为:V =0.30300×200 mL =5×10-6 mL =5×10-6 cm 3,油酸分子的直径为:d =V S =5×10-665cm ≈8×10-8 cm =8×10-10 m.(2)48个铁原子组成一个圆,圆的周长等于48个原子直径之和,则铁原子的直径d =C n =πdn =3.14×1.45×10-848m ≈9.5×10-10 m.13.(2018·银川市期末)已知水的密度ρ=1.0×103 kg/m 3,水的摩尔质量M =1.8×10-2 kg/mol ,阿伏加德罗常数N A =6.0×1023 mol -1,试估算1 g 水中含有的水分子个数和水分子的直径.(结果均保留1位有效数字) 答案 3×1022个 4×10-10m解析 1 g 水中含有的水分子个数N =m M ·N A =1.0×10-31.8×10-2×6.0×1023个≈3×1022个一个水分子的体积V =M ρN A =MρN A根据球的体积公式,有V =16πd 3联立解得d =36MπρN A=36×1.8×10-23.14×1.0×103×6.0×1023 m ≈4×10-10 m.14.(2017·武汉市联考)教育部办公厅和卫生部办公厅联合发布了《关于进一步加强学校控烟工作的意见》(以下简称《意见》).《意见》中要求,教师在学校的禁烟活动中应以身作则、带头戒烟,通过自身的戒烟,教育、带动学生自觉抵制烟草的诱惑.试估算一个高约2.8 m 、面积约10 m 2的两人办公室,若只有一人吸了一根烟,在标准状况下,空气的摩尔体积为22.4×10-3 m 3/mol ,可认为吸入气体的体积等于呼出气体的体积,阿伏加德罗常数为N A =6.02×1023 mol -1,求:(结果均保留两位有效数字,人正常呼吸一次吸入气体的体积约为300 cm 3,一根烟大约吸10次)(1)估算被污染的空气分子间的平均距离;(2)另一不吸烟者呼吸一次大约吸入多少个被污染过的空气分子. 答案 (1)7.0×10-8 m (2)8.7×1017个解析 (1)吸烟者吸完一根烟吸入气体的总体积为10×300 cm 3 含有的空气分子数为n =10×300×10-622.4×10-3×6.02×1023个≈8.1×1022个 办公室单位体积空间内含被污染的空气分子数为 8.1×102210×2.8个/m 3≈2.9×1021个/m 3每个被污染的空气分子所占体积为V =12.9×1021m 3 所以被污染的空气分子间的平均距离为L =3V ≈7.0×10-8 m.(2)不吸烟者一次吸入被污染的空气分子数约为2.9×1021×300×10-6个=8.7×1017个.。
7.1 物体是由大量分子组成的练习一1.(基础)用油膜法测分子大小时,采用的理想化条件是( ). A .把在水面上尽可能充分散开的油膜视为单分子油膜 B .把形成单分子油膜的分子看做紧密排列的球形分子 C .把油膜视为单分子油膜,但需考虑分子间隙 D .将单分子视为立方体模型解析:由用油膜法估测分子的大小的实验可知,将体积为V 的油膜液滴滴在水面上,形成面积为S 的油膜,由此可以估算出油酸分子的直径为d =VS ,这显然是将油膜视为单分子层,将油酸分子视为球形且认为分子是紧密排列的,公式d =VS 中,并没有将分子间隙所占体积除外,所以,本题的正确选项应为A 、B .答案:AB2.(中档)某种油剂的密度为8×102 kg/m 3,取这种油剂0.8 g 滴在水面上,最后形成油膜的最大面积约为( ).A .10-10m 2 B .104 m 2 C .1010 cm 2 D .104 cm 2解析:由d =V S ,得S =V d =m ρd =8×10-48×102×10-10 m 2=104 m 2. 答案:B3.(基础)某同学在用油膜法估测分子直径的实验中,计算结果明显偏大,可能是由于( ).A .油酸未完全散开B .油酸中含有大量的酒精C .计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格D .求每滴体积时,1 mol 的溶液的滴数多记了10滴解析:油酸分子直径d =VS .计算结果明显偏大,可能是V 取大了或S 取小了,油酸未完全散开,所测S 偏小,d 偏大,A 正确;油酸中含有大量的酒精,不影响结果,B 错;若计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,使S 变小,d 变大,C 正确;若求每滴体积时,1 mL 的溶液的滴数多记了10滴,使V 变小,d 变小,D 不正确.答案:AC4.(中档)已知在标准状况下,1 mol 氢气的体积为22.4 L ,氢气分子直径的数量级为( ).A .10-9 m B .10-10m C .10-11m D .10-8 m解析:在标准状况下,1 mol 氢气的体积为22.4 L ,则每个氢气分子占据的体积ΔV =VN A=22.4×10-36.02×1023 m 3=3.72×10-26 m 3. 按立方体估算,占据体积的边长:L =3ΔV =33.72×10-26 m =3.3×10-9 m .而分子占据空间并不等于分子体积,气体分子间隙很大,氢气分子直径的数量级为10-10m ,故选项B 正确.答案:B5.(基础)纳米材料具有广泛的应用前景,在材料科学中纳米技术的应用使材料科学日新月异,在1 nm 的长度上可以排列的分子(其直径约为10-10m)个数最接近于( ).A .1个B .10个C .100个D .1 000个解析:纳米是长度的单位,1 nm =10-9 m ,即1 nm =10×10-10m ,所以排列的个数接近于10个.故B 项正确.答案:B6.(基础)从下列哪一组物理量可以算出氧气的摩尔质量( ). A .氧气的密度和阿伏加德罗常数 B .氧气分子的体积和阿伏加德罗常数 C .氧气分子的质量和阿伏加德罗常数 D .氧气分子的体积和氧气分子的质量解析:摩尔质量在数值上等于1 mol 物质的质量,等于一个分子的质量与阿伏加德罗常数的乘积.答案:C7.(中档)利用油膜法可粗略地测定分子的大小和阿伏加德罗常数.若已知n 滴油的总体积为V ,一滴油形成的油膜面积为S ,这种油的摩尔质量为μ,密度为ρ,则每个油分子的直径d 和阿伏加德罗常数N A 分别为(球的体积公式V =43πR 3) ( ).A .d =V nS ,N A =μnρVB .d =V nS ,N A =6μn 3S 3πρV 3C .d =V S ,N A =6μn 3S 33D .d =V S ,N A =6μn 3S 33解析:一滴油体积为V n ,故直径d =V nS ;油的摩尔体积为V mol =μρ,一个油分子的体积为V 0=16πd 3=πV 36n 3S 3,故N A =V mol V 0=6μn 3S 3πρV 3,故B 正确.答案:B8.(基础)“用油膜法测量油酸分子的大小”实验的简要步骤如下:A .将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去,多于半个的算一个),再根据方格的边长求出油膜的面积S.B .将一滴酒精油酸溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将薄膜的轮廓描绘在玻璃板上.C .用浅盘装入约2 cm 深的水.D .用公式d =VS ,求出薄膜的厚度,即油酸分子的直径.E .根据酒精油酸溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V. 上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完整之处,请指出:(1)_____________________________________________________________. (2)______________________________________________________________. 上述实验步骤的合理顺序是___________________________________.解析:在将溶液滴入水面之前,应在水面上均匀撒上一层痱子粉或细石膏粉,这样可以清楚地看出油膜的轮廓,在实验过程中,还必须量出一滴油酸溶液的体积.答案:(1)C 步骤中,缺少在水面上撒痱子粉(2)遗漏的步骤:F.用注射器或滴管将溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒增加一定体积时的滴数CFBAED 或FCBAED9.(中档)在做“用油膜法估测分子大小”的实验中,用油酸酒精的浓度为每104 mL 溶液中有纯油酸6 mL.用注射器测得1 mL 上述溶液有75滴.把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,待水面稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓,再把玻璃板放在坐标纸上,其形状和尺寸如图所示,坐标中正方形方格的边长为1 cm.试求:(1)油酸膜的面积?(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积. (3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径. 解析:(1)由题图可以计算出油酸膜面积为110 cm 2. (2)每滴油酸含纯油酸的体积为6104×75cm 3=8×10-6 cm 3. (3)油酸分子直径d =V S =8×10-6110cm =7.2×10-10 m.答案:(1)110 cm 2 (2)8×10-6 cm 3 (3)7.2×10-10m10.(中档)已知空气摩尔质量M =29×10-3 kg/mol ,则空气分子的平均质量多大?成年人做一次深呼吸,约吸入450 cm 3的空气,所吸入的空气分子数约为多少?(取两位有效数字)解析:设空气分子的平均质量为m 0,阿伏加德罗常数用N A 表示,则m 0=M N A =29×10-36.0×1023k g≈4.8×10-26kg.要估算成年人吸入的空气分子数,先应估算出吸入空气的摩尔数n ,我们可以近似看成吸入的是标准状态下的空气,则n =V 22.4×10-3 mol =450×10-622.4×10-3 mol≈2.0×10-2mol.因此,吸入的空气分子数为:N =nN A =2.0×10-2×6.0×1023个=1.2×1022个.所以空气分子的平均质量为4.8×10-26kg ,成年人一次深呼吸吸入的空气分子数约为1.2×1022个.答案:4.8×10-26kg 1.2×1022个11.(提高)地球到月球的平均距离为384 400 km ,如果将铁分子一个接一个地排列起来,筑成从地球通往月球的“分子大道”,试问,这条“大道”需要多少个分子?这些分子的总质量为多少?(设铁分子的直径为3.0×10-10m ,铁的摩尔质量为5.60×10-2 kg/mol)解析:“分子大道”需要的铁分子的个数为n =s d =384 400×1033.0×10-10个=1.28×1018个,这些分子的总质量为n N A ·M =1.28×10186.02×1023×5.6×10-2 kg =1.2×10-7 kg. 答案:1.28×1018个 1.2×10-7 kg12.(中档)用放大600倍的显微镜观察布朗运动,估计放大后的小颗粒(碳)体积为0.1×10-9m 3,碳的密度为2.25×103 kg/m 3,摩尔质量是1.2×10-2 kg/mol ,阿伏加德罗常数为6.02×1023mol -1,则:(1)该小碳粒含分子数约为多少个?(取一位有效数字)(2)假设小碳粒中的分子是紧挨在一起的,试估算碳分子的直径. 解析:(1)设小颗粒边长为a ,放大600倍后,则其体积为 V =(600a)3=0.1×10-9 m 3.实际体积为V′=a 3=10-16216m 3质量为m =ρV′=1.0×10-15kg含分子数为n=mM mol N A=1.0×10-151.2×10-2×6.02×1023个=5×1010个.(2)将碳分子看成球体模型,则有V′n=43π(d2)3=πd36得d=36V′nπ=36×10-162165×1010×3.14m=2.6×10-10 m.答案:(1)5×1010个(2)2.6×10-10 m练习二1.(基础)油膜法粗略测定分子直径的实验基础是( ) A .把油酸分子视为球形,其直径即为油膜的厚度 B .让油酸在水面上充分散开,形成单分子油膜C .油酸分子的直径等于滴到水面上的油酸体积除以油膜的面积D .油酸分子直径的数量级是10-15m解析:油酸分子可视为球形,油膜的厚度可看成分子直径,油酸分子可看成一个挨一个排列,油滴扩展为油膜时体积不变,即V =Sd.答案:ABC2.(基础)某气体的摩尔质量为M ,摩尔体积为V ,密度为ρ,每个分子的质量和体积分别为m 和V 0,则阿伏加德罗常数N A 可表示为( )A .N A =VV 0B .N A =ρV m C .N A =MmD .N A =M ρV 0解析:气体的体积是指气体所充满的容器的容积,它不等于气体分子个数与每个气体分子体积的乘积,所以A 、D 错.由质量、体积、密度关系可推知B 、C 正确.答案:BC3.(中档)从下列提供的各组物理量中可以算出氢气密度的是( ) A .氢气的摩尔质量和阿伏加德罗常数 B .氢气分子的体积和氢气分子的质量 C .氢气的摩尔质量和氢气的摩尔体积D .氢气分子的质量和氢气的摩尔体积及阿伏加德罗常数解析:因密度ρ=M V ,由氢气的摩尔质量和摩尔体积可求出氢气的密度ρ=M AV A,C 项可以,由氢气分子的质量m 及阿伏加德罗常数N A 可求出氢气的摩尔质量M A =mN A 即ρ=M AV A=N A m V A ,D 项也可以,但由于A 项提供的数据不知摩尔体积,便求不出氢气的密度.由于氢气分子间有很大空隙,B 项提供的数据不能求出氢气的密度而能求得液态氢的密度.答案:CD4.(基础)由阿伏加德罗常数和一个水分子的质量、一个水分子的体积,不能确定的物理量有( )A .1 mol 水的质量B .1 mol 水蒸气的质量C .1 mol 水的体积D .1 mol 水蒸气的体积解析:该题考查阿伏加德罗常数的基础知识,题目已知条件是一个水分子的质量和一个水分子的体积及阿伏加德罗常数,那么A 中:由一个水分子的质量乘以阿伏加德罗常数可得一摩尔水的质量,故A 能确定;又因为一摩尔水蒸气的分子数应和一摩尔水的分子数相同,所以一摩尔水蒸气的质量和一摩尔水的质量相同,B 也能确定;又由于已知一个水分子的体积,乘以阿伏加德罗常数即可得到一摩尔水的体积,C 能确定;但是,水和水蒸气的分子距离不同,所以D 不能确定,那么正确答案是D.答案:D5.(中档)已知某气体的摩尔体积为22.4 L/mol ,摩尔质量为18 g/mol ,阿伏加德罗常数为6.02×1023 mol -1,由以上数据可以估算出这种气体( )A .每个分子的质量B .每个分子的体积C .每个分子占据的空间D .分子之间的平均距离解析:由m 0=M A N A 可估算出每个气体分子的质量,由于气体分子间距较大,由V 0=V A N A求得的是一个分子占据的空间而不是一个分子的体积,由a =3V 0求出分子之间的平均距离,故A 、C 、D 、正确.答案:ACD6.(基础)最近发现纳米材料具有很多优越性能,有着广阔的应用前景,1 nm(纳米)=10-9 m ,边长为1 nm 的立方体内可容纳液态氢分子的个数最接近下面的哪一个数值( )A .100B .103C .105D .107解析:氢分子大小的数量级为10-10m ,可认为液态氢分子是一个挨一个排列的,将一个氢分子占据的空间视为一个小立方体,则1 nm 立方体的每个边长线度的分子数为10个,小立体由可容纳分子个数为103个.答案:B7.(中档)阿伏加德罗常数为N A ,铝的摩尔质量为M ,铝的密度为ρ,则下列说法中正确的是( )A .1 m 3铝所含的原子数目是ρN A MB .1个铝原子的质量是MN AC .1个铝原子占有的体积是M ρN AD .1 kg 铝所含有原子的数目是ρN A解析:1 m 3铝含有的原子数为:ρV M N A =ρ×1M N A =ρN AM .选项A 正确.1个铝原子的质量为:m =M N A ,故选项B 也正确.1个铝原子占有的体积为:V N A =MρN A =MρN A ,所以选项C 正确.1 kg铝所含有原子的数目是N AM≠ρN A ,所以D 不正确.答案:ABC8.(基础)N A 代表阿伏加德罗常数,下列说法正确的是( ) A .在同温同压时,相同体积的任何气体单质所含的原子数目相同 B .2 g 氢气所含原子数目为N AC .在常温常压下,11.2 L 氮气所含的原子数目为N AD .17 g 氨气所含电子数目为10N A解析:由于构成单质分子的原子数目不同,所以同温同压下同体积单质气体所含原子数目不一定相同,A 错误;2 g H 2所含原子数目为2N A ,B 错误;在常温常压下,11.2 L 氮气的物质的量不能确定,则所含原子数目不能确定,C 错误,17 g 氨气即1 mol 氨气,其所含质子数为(7+3) mol 即10N A ,所以所含电子数目也为10N A ,D 正确.答案:D9.(中档)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,N A 为阿伏加德罗常数,m 、ΔV 分别表示每个水分子的质量和体积,下面是四个关系式:①N A =ρV M ;②ρ=μN A ΔV ;③m =μN A ;④ΔV =V N A .其中正确的是( ) A .①② B .①③ C .③④ D .①④解析:10.(中档)某种物质的摩尔质量为M(kg/mol),密度为ρ(kg/m 3),若用N A 表示阿伏加德罗常数,则:(1)每个分子的质量是______kg ;(2)1 m 3的这种物质中包含的分子数目是________; (3)1 mol 的这种物质的体积是______m 3;(4)平均每个分子所占据的空间是______m 3.解析 (1)每个分子的质量等于摩尔质量与阿伏加德罗常数的比值,即m 0=M N A. (2)1 m 3的这种物质中含有的分子的物质的量为n =1M ρ=ρM ,故1 m 3的这种物质中包含的分子数目为nN A =ρN AM. (3)1 mol 的这种物质的体积是摩尔体积,即V mol =Mρ.(4)平均每个分子所占据的空间是摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值,即V 0=V molN A=M ρN A. 答案 (1)M N A (2)ρN A M (3)M ρ (4)M ρN A11.(提高)某种油滴的摩尔质量M =0.1 kg/mol ,密度ρ=0.8×103 kg/m 3,取体积V =3.7×10-4 cm 3的该种油滴滴在水面上,展开成一面积S =0.5 m 2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)油膜的厚度即为油酸分子的直径, d =V S =3.7×10-4×10-60.5 m =7.4×10-10 m(2)油酸的摩尔体积V A =M ρ=1.25×10-4 m 3/mol每个分子的体积为V 0=16πd 3=2.12×10-28 m 3故阿伏加德罗常数N A =V A V 0=5.9×1023 mol -1. 答案:(1)7.4×10-10 m(2)5.9×1023 mol -112.(提高)已知铜的摩尔质量为6.4×10-2 kg/mol ,密度为8.9×103 kg/m 3,阿伏加德罗常数为6.0×1023 mol -1.若每个铜原子可提供1个自由电子,试估算铜导体中自由电子的数密度.解析:1 m 3铜的摩尔数为n 摩=ρV M 摩=8.9×103×16.4×10-2 mol≈1.4×105 mol1 m 3铜中的铜原子数为n =n 摩N A =1.4×105×6.0×1023=8.4×1028由每个铜原子能提供1个自由电子可知,1 m 3铜中含有的自由电子数n 电=n 故铜导体中自由电子的数密度为ρ=n 电V =8.4×10281个/m 3=8.4×1028个/m 3.答案:8.4×1028个/m3练习三1.(基础)为了尽可能准确地估测出油膜分子的大小,下列哪些措施是可行的( )A .油酸浓度适当大一些B .油酸浓度适当小一些C .油酸扩散后立即绘出轮廓图D .油酸扩散并待其收缩稳定后再绘出轮廓图解析:为能形成单分子油膜,油酸浓度应适当小些;绘制轮廓图应在油酸扩散稳定后进行,B 、D 选项正确.答案:BD2.(基础)下列数值等于阿伏加德罗常数的是( )A .1 m 3的任何物质所含的分子数B .1 kg 的任何物质所含的分子数C .标准状态下1 mol 气体所含的分子数D .任何状态下1 mol 任何物质所含的分子数解析:1 mol 任何物质所含的分子数均为6.02×1023个,这一数值称为阿伏加德罗常数,因此,A 、B 错误,C 、D 正确.答案:CD3.(基础)关于物体中的分子数目,下列说法中正确的是( )A .质量相等的物体含有相同的分子数B .体积相同的物体含有相同的分子数C .物质的量相同的物体含有相同的分子数D .体积相同的气体含有相同的分子数解析:1摩尔任何物质所含有的分子数相同,所以物质的量相同的物体,分子数一定相同.答案:C4.(中档)在用油膜法估测分子直径大小的实验中,若已知油的摩尔质量为M ,密度为ρ,油滴质量为m ,油滴在水面上扩散后的最大面积为S ,阿伏加德罗常数为N A ,以上各量均采用国际单位,那么( )A .油滴分子直径d =M ρSB .油滴分子直径d =m ρSC .油滴所含分子数N =M mN AD .油滴所含分子数N =m MN A 解析:油膜法测分子直径,认为油膜的厚度就为分子直径,油膜的质量为m ,最大面积为S ,则油膜的体积为V =m ρ,油滴分子直径为d =m ρS,故选项B 对,A 错;油滴的物质的量为m M ,油滴所含分子数为N =m MN A ,选项D 对,C 错. 答案:BD5.(中档)铜的摩尔质量为M A (kg/mol),密度为ρ(k g/m 3),若阿伏加德罗常数为N A ,则下列说法中哪个是错误的( )A .1 m 3铜所含的原子数目是ρN A /M AB .1 kg 铜所含的原子数目是ρN AC .一个铜原子的质量为(M A /N A ) kgD .一个铜原子占有的体积是(M A /ρN A )m 3解析:1 m 3铜的质量为ρ kg ,其中所含的原子数目是ρM A N A,故A 项正确;1 kg 铜所含的原子数目是1M A N A ,故B 项错误;一个铜原子的质量为M A N Akg ,C 正确;一个铜原子占有的体积为M A ρN Am 3,D 正确. 答案:B6.(基础)分子直径和分子的质量都很小,它们的数量级分别为( )A .d=10-10m, m=10-26kgB .d=10-10cm, m=10-29kgC .d=10-10m, m=10-29kgD .d=10-8m, m=10-26kg解析:可以查阅资料,记住分子直径和分子质量的数量级。
1物体是由大量分子组成的-人教版选修3-3教案1.引言物质是由分子组成的,这是一种最基本的认识。
所有的物体都是由大量分子组成的,分子是物质的基本结构单位。
分子是构成物体的最小单位,不同种类的物质有不同种类的分子,分子之间通过各种化学键紧密结合。
在本次教学中,我们将深入探讨物体是如何由大量分子组成的。
2. 物质和分子2.1 物质的概念物质是指组成宏观物体的各种原子或分子。
物质具有很强的稳定性和惯性,它既不可创造,也不可毁灭,只能进行物态变化。
2.2 分子的概念分子是同种元素或不同种元素按照一定的比例结合在一起形成的,具有独立稳定的化学实体。
分子的形成是元素化学反应所产生的。
2.3 物质与分子的关系物质由分子构成,不同种类的物质有不同种类的分子,分子之间通过各种化学键紧密结合。
在实际的应用中,我们可以利用分子之间的化学键进行物质的合成和分解。
3. 分子间的相互作用3.1 范德华力范德华力是分子之间的一种弱作用力。
这种力是由于电子在分子内部的运动而产生的,它可以使分子彼此之间产生短暂的吸引力或排斥力。
3.2 诱导力诱导力是电子在一种分子中的位置改变,导致与之接触的另一种分子内部的电子也发生位置改变并产生吸引力的一种作用力。
这种力通常为中长程力,也是分子之间的一种弱作用力。
3.3 氢键氢键是一种极易形成的分子之间的作用力。
通常情况下,氧、氮、氟等元素会与氢原子形成氢键。
氢键的强度通常都很大,可以使得分子之间产生强烈的相互吸引力。
4. 分子间的相互作用与物体性质的关系分子之间的相互作用对物体的物理和化学性质有着重要的影响。
具体来说,分子之间的作用力越强,物体的熔点、沸点和平衡常数越高。
例如,氢键是分子间最常见的强作用力之一,因此可以使得分子之间的相互作用变得越来越强,从而使得物体的熔点、沸点、密度等性质变得更加稳定。
5. 总结综上所述,物体是由大量分子组成的,分子是构成物体的最小单位。
分子之间具有多种多样的相互作用力,例如范德华力、诱导力和氢键等。