高二物理配套课件7.1物体是由大量分子组成的人教选修33

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把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时,油 酸就在水面上散开(其中的酒精溶于水中并很快 挥发),在水面上形成近似圆形的一层纯油酸薄 膜,如图7-1-1(甲)所示.其中C17H33一部分冒 出水面,而—COOH部分留在水中,油酸分子直 立在水面上,形成一个单分子层油膜,如图7-
图 7-1-1 实验中如果算出一定体积的纯油酸在水面上形成的单分子油膜的 面积 S,即可估算出油酸分子直径的大小 d=VS.
• 图7-1-2
•(2)如图7-1-2(B)所示,在水平放置的浅盘内倒入 约2 cm深的水,用纱网(或粉扑)将适量痱子粉轻 轻撒在水面上. •(3)如图7-1-2(C)所示,用滴管将一滴油酸溶液轻 轻滴入水面中央,待油膜形状稳定后,在浅盘上 盖上玻璃盖板,用彩笔描出油膜的边缘轮廓,如 (图4)将7-画1有-2油(D酸)薄所膜示轮.廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的
• 分子间距比较小,在估算分子大小及分子的 个数时,可以认为分子是紧密排列的,分子间 的距离等于分子的直径.
• (2)对于气体
• 气体分子间距比较大,是分子直径的数十倍 甚至上百倍,此时可把每个分子平均占据的空 间视为立方体,立方体的边长即为分子间的平 均距离.
阿伏加德罗常数的应用 (1)分子的质量 m0=MNAA. (2)分子的体积 V0=NVAA=ρMNAA(适用于固体和液体). (3)单位质量中所含有的分子数:n=MNAA. (4)单位体积中所含有的分子数:n=NVAA=ρMNA.
• 3 . 分 子 的 数 目 很 多 , 1 mol 任 何 物 质 含 有 个分子.
• 三、阿伏加德罗常数
• 定 义 : 1 mol 的 任相同的何粒子数物 质 都 含 有
,这个阿伏数加量德罗可常数以用
来表
示.
6.02×1023 mol-1

数 值 : 阿 伏 加 德 6.0×1023 mol-1 罗 常 数 通 常 取 NA =
二、如何利用阿伏加德罗常数计算宏观量和微观量 宏观量与微观量 (1)宏观量:质量 m、摩尔质量 MA,体积 V、摩尔体积 VA. (2)微观量:分子质量 m0,分子体积 V0. 分子模型
(1)弹性小球:分子直径 d= 3 6πV0. (2)立方体:分子间距离 d=3 V0.
• 微观量估算的方法
• (1)对于固体和液体
• (5)当重做实验时,水从盘的一侧边缘倒出,
• 误差分析
• (1)方格数不准或面积计算出现差错; • (2)油滴体积过大同时水面面积过小,不能形
成单分子油膜;
• (3)痱子粉没有均匀地浮在水面上;
• (4)计算分子直径时,注意滴加的不是纯油酸 ,而是油酸酒精溶液,应用一滴溶液的体积乘 以溶液的体积百分比浓度.切忌把油酸溶液液 滴当成纯油酸液滴.
(5)4×10-10 10-10
•借题发挥 估算分子数或分子线度时,首先要确 定摩尔体积,固体、液体的摩尔体积可由物质的 摩尔质量和密度求得;再者要确定分子的模型, 如球形或立方体形,若知道每个分子的平均体积 ,则较容易求出分子线度.
【变式 2】 已知铜的摩尔质量为 6.4×10-2 kg/mol,密度为

(1)水的摩尔质量M=________ g·mol-1
或M=________ kg·mol-1.
• (2)水的摩尔体积V=________ m3·mol-1.
• (3)一个水分子的质量m=________ kg.
• (4)一个水分子的体积V′=________ m3.
• (5)水分子的直径d=________ m,一般分 子直径的数量级是________ m.
• 一、用油膜法估测分子的大小
• 分子:构成物质的微粒是多种多样的,或是 原子,或是离子,或是分子,由于这些粒子做 热运动时,遵从相同的规律,所以统称为分子 .实验原理
(1)理想化:认为油酸薄膜是由 单层分子 紧密排列组成的.
(2)模型化:把油酸分子简化成 球形 .
(3)估算:油膜的厚度就等于油酸分子的 直径
1 物体是由大量分子组成的
• 1.知道物质是由大量分子组成的.
• 2.理解油膜法估测分子大小的原理,并能进 行测量和计算.通过油膜法实验使学生知道科 学研究中的一种方法:利用宏观量求微观量.
• 3.知道分子的简化模型,即球形模型或立方 体模型,知道分子直径的数量级.
• 4.知道阿伏加德罗常数是联系宏观世界和微 观世界的桥梁,记住它的物理意义、数值和单 位,会用这个常数进行有关的计算和估算.
面积 S.
(5)根据老师配制的油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸
的体积 V,根据一滴油酸的体积 V 和薄膜的面积 S 即可算出油酸
薄膜的厚度 d=VS,即油酸分子的大小.
数据处理 计算分子直径时,注意加的不是纯油酸,而是油酸酒精溶液,在
利用公式 d=VS计算时,式中的 V 不是溶液的体积.而是 1 滴油 酸酒精溶液中纯油酸的体积.计算方法是:设 n 滴油酸酒精溶液 是 1 mL,则每 1 滴的油酸酒精溶液的体积是n1 mL,事先知道配 制溶液的比例是M1 ,则 1 滴溶液中的纯油酸体积 V=n1·M1 mL.式 中的 S 是滴入水中后纯油酸形成的油膜面积,其大小用坐标纸上 对应的格数来计算,以 1 cm 为边长的坐标纸上占了多少个格, 其面积就是多少平方厘米,数格时,不足半个的舍去,多于半个 的算 1 个.这样就可粗略地计算出油酸分子的直径.
• 注意事项
• (1)痱子粉不要撒得太多,只要能够帮助看清 油膜边界即可.
• (2)滴入油酸溶液时,一定要细心,不要一下 滴得太多,使油膜的面积过大.
• (3)待测油酸扩散后又收缩,要在稳定后再画 轮廓.扩散后又收缩有两个原因:一是水面受 油酸滴冲击凹陷后恢复;一是酒精挥发后液面 收缩.
• (4)利用坐标纸求油膜面积时 ,以边长为1 cm的正方形为单位,计算轮廓内正方形的个数 时,大于半个的均算一个.
8.9×103 kg/m3,阿伏加德罗常数为 6.0×1023 mol-1,试估算 铜原子的体积和直径.(要求保留一位有效数字) 解析 铜原子的体积和直径分别为 V0=ρMNAA=8.9×61.043××160.0-×2 1023 m3≈1×10-29 m3.
d=
3
6πV0=
3
6×1×10-29 3.14
,粗数是一分子个大小重要常数.它
把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与

等微观物理量联系起来了,即
阿伏加德罗常数NA是联系宏观世界与微观世界 的桥梁.
• 温馨提示
• (1)分子并不是球形的,但这里把它们当做球 形处理,是一种估算的方法,估算在物理学的 学习和研究方面是很有用的.
,即 d=
V S
.
实验器材:注射器(或滴管)、小量筒 、浅盘、玻璃板 、痱子 粉或细石膏粉、水、酒精、油酸、彩笔、 坐标纸 . 由实验得到油酸分子直径的数量级是10-10 m.
• 二、分子的大小
• 1.除了一些有机物质的大分子外,多数分子 尺寸10的-10数量级
•为
m. 10-26
• 2.分子的质量的数量级一般为阿伏加德罗常数 kg.
特别提醒 求每个分子的体积时,利用 V0=ρMNAA,只适用于固体 和液体,因为组成固体、液体的分子间隙比较小,可近似认为分 子紧密排列,即可以忽略分子间隙.但此公式不能用于求气体分 子的体积,因为气体分子间距离较大,用此公式求出的是每个气 体分子平均占有的体积.
油膜法估测分子大小
• 【例1】 油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL 油
• (2)体会通过测量宏观量来测量微观量的方法 .
• 实验原理
• 实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油 膜的方法估测分子的大小.油酸的分子式为 C17H33COOH,它的一个分子可以看成由两部 分 组 成 : 一 部 分 是 C17H33— , 另 一 部 分 是 — COOH.其中—COOH对水有很强的亲和力,当
(4)一个水分子的体积 V′=NVA=61..082××1100-253 m3≈3×10-29 m3.
(5)将水分子看作球体就有43πd23=V′,水分子直径 d=
3
6V′ π

3
6×3×10-29 3.14
m≈4×10-10
m,这里的“10-10”称为数量
级,一般分子直径的数量级就是这个值.
答案 (1)18 1.8×10-2 (2)1.8×10-5 (3)3×10-26 (4)3×10-29
• (2)尽管用不同方法测量分子直径有差异,但 除了一些高分子有机物外,一般测得数量级一 致,分子直径的数量级为10-10 m.
• (3)阿伏加德罗常数是联系宏观和微观的桥梁 ,数值非常大6.02×1023,也说明了分子体积 之小,数量之大.
• 一、如何用油膜法估测分子的大小

实验目的
• (1)用油膜法估测分子的大小.
(2)因 50 滴油酸酒精溶液的体积为 1 mL,且溶液含纯油酸的浓度 为 ρ=0.06%,故每滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为 V0=NVρ=1×5100-6×0.06% m3=1.2×10-11 m3. (3)把油酸薄膜的厚度视为油酸分子的直径,可估算出油酸分子的 直径为 d=VS0=51..123××1100--112 m=2.3×10-10 m. 答案 (1)5.13×10-2 (2)1.2×10-11 (3)2.3×10-10
m≈3×10-10 m.
答案 1×10-29 m3 3×10-10 m
阿伏加德罗常数及应用
• 【例3】 已知金刚石的密度是3.5×103 kg/m3 ,在一块体积是6.4×10-8 m3的金刚石内含有 多少碳原子?一个碳原子的直径大约是多少? (碳的摩尔质量MA=12×10-3 kg/mol)
• 实验器材
序号
器材名称
备注
1 已稀释的油酸若干毫升 体积配比为1∶200
2
浅盘1只
30 cm×40 cm
3
注射器(或滴管)1支
4 带方格的透明玻璃盖板1块
5
量筒1个
6
彩色水笔1支
7
痱子粉(或石膏粉)
带纱网或粉扑
• 实验步骤 • (1)用注射器或滴管将老师先配制好的油酸酒
精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内增 加一定体积(例如1 mL)时的滴数.计算出每滴 液滴体积的平均值,如图7-1-2(A).
• 酸酒精溶液中有油酸0.6 mL,用滴管向量筒 • 内滴50滴上述溶液,量筒中的溶液体积增加 • 1 mL.若把一滴这样的溶液滴入盛水图7-的1-3 浅盘
中, • 由于酒精溶于水,油酸在水面展开,稳定后

(1)若每一小方格的边长为 30 mm,则油酸薄膜的面积为________ m2; (2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为______ m3; (3)根据上述数据,估算出油酸分子的直径为________ m. 解析 (1)用填补法数出在油膜范围内的格数(面积大于半个方格 的算一个,不足半个的舍去不算)为 57 个,油膜面积约为 S= 57×(3.0×10-2 m)2=5.13×10-2 m2.
• 借题发挥 解答本题的关键是准确计算油膜所 占的面积和纯油酸
• 体积的计算.计算方格数时,不足半个格子的 舍去,大于半个格
• 子的算一个,方格边长越小,这种方法求出的 面积越精确.
• 【变式1】 在“用油膜法估测分子的大小”的 实验中,下列哪些假设是实验的前提
( ).

A.该油膜是单分子油膜
• B.可以认为油膜的厚度就是油酸分子的直 径
解析 (1)某种物质的摩尔质量用“g·mol-1”作单位时,其数值与 该种物质的分子量相同,所以水的摩尔质量 M=18 g·mol-1.如果 摩尔质量用国际单位制的单位“kg·mol-1”,就要换算成 M= 1.8×10-2 kg·mol-1. (2)水的摩尔体积 V=Mρ =11.8.0××1100-32 m3·mol-1=1.8×10-5 m3·mol-1. (3)一个水分子的质量 m=NMA=61..082××1100-223 kg≈3×10-26 kg.
• C.油酸分子是球形
• D.在油膜中油酸分子是紧密排列的,分子 间无间隙
• 解析 在忽略分子间隙的情况下,油膜为单 分子油膜时,油膜的厚度为分子的直径,即使
分子模型及微观量的估算
• 【 例 2】 水 的 分 子 量 是 18 , 水 的 密 度 ρ = 1.0×103 kg/m3 , 阿 伏 加 德 罗 常 数 NA = 6.02×1023 mol-1,则(计算结果保留一位有效 数字)
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