第十二章 分子動理論 氣體

1、 第十二章 分子動理論 氣體課時安排：2課時教學(xué)目標(biāo)：1知道分子動理論的內(nèi)容2能夠用分子動理論的相關(guān)知識分析有關(guān)熱現(xiàn)象3氣體實(shí)驗(yàn)定律，能夠運(yùn)用氣體狀態(tài)方程分析解決有關(guān)問題本講重點(diǎn)：分子動理論的內(nèi)容，氣體實(shí)驗(yàn)定律本講難點(diǎn)：1用分子動理論的相關(guān)知識分析有關(guān)熱現(xiàn)象2運(yùn)用氣體狀態(tài)方程分析解決有關(guān)問題考點(diǎn)點(diǎn)撥：1分子動理論2物體的內(nèi)能3氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程4氣體熱現(xiàn)象的的微觀意義第一課時一、考點(diǎn)掃描（一）知識整合1分子動理論分子動理論是從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來研究熱現(xiàn)象的理論。它的基本內(nèi)容是： ， ， 。（1）物體是由大量分子組成的這里的分子是指構(gòu)成物質(zhì)的單元，可以是 、 ，也可以是分子。在熱運(yùn)

2、動中它們遵從相同的規(guī)律，所以統(tǒng)稱為分子。這里建立了一個理想化模型：把分子看作是 ，所以求出的數(shù)據(jù)只在數(shù)量級上是有意義的。一般認(rèn)為分子直徑大小的數(shù)量級為 m。固體、液體被理想化地認(rèn)為各分子是 排列的，每個分子的體積就是每個分子平均占有的空間。分子體積=物體體積÷分子個數(shù)。氣體分子仍視為小球，但分子間距離較大，不能看作一個挨一個緊密排列，所以氣體分子的體積遠(yuǎn)小于每個分子平均占有的空間。每個氣體分子平均占有的空間看作 邊長的正立方體。 ，是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁。它把物質(zhì)的摩爾質(zhì)量、摩爾體積這些宏觀物理量和分子質(zhì)量、分子體積這些微觀物理量聯(lián)系起來了。NA=6.02×1023

3、mol-1 （2）分子的熱運(yùn)動物體里的分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動，這種運(yùn)動跟溫度有關(guān)，所以通常把分子的這種運(yùn)動叫做熱運(yùn)動。 和 都可以很好地證明分子的熱運(yùn)動。o F斥 F分 F引 布朗運(yùn)動：是指 的無規(guī)則運(yùn)動。布朗運(yùn)動成因： 。影響布朗運(yùn)動劇烈程度因素： ， 。 （3）分子間的相互作用力分子力有如下幾個特點(diǎn)：分子間同時存在引力和斥力，分子力是引力和斥力的 ；引力和斥力都隨著距離的增大而 ；斥力比引力變化得 。分子間作用力（指引力和斥力的合力）隨分子間距離而變的規(guī)律是：r<r0時表現(xiàn)為 ；r=r0時分子力為 ；r>r0時表現(xiàn)為 ；r>10r0以后，分子力變得十分微弱，可以忽略不

4、計(jì)。2單分子油膜法測定分子的直徑把在水面上盡可能散開的油膜視為 。把形成單分子油膜的分子視為 排列的 形分子，把分子看作小球，這就是分子的理想化模型。利用單分子油膜法可測定分子的直徑d=VS，其中V是 ，S是水面上形成的單分子油膜的 。3內(nèi)能（1）做熱運(yùn)動的分子具有的動能叫分子動能。溫度是物體分子熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志。溫度越高，分子做熱運(yùn)動的平均動能越大。（2）由分子間相對位置決定的勢能叫分子勢能。分子力做正功時分子勢能 ；分子力作負(fù)功時分子勢能 。分子勢能與物體的 有關(guān)。（3） 和 的總和叫做物體的內(nèi)能。物體的內(nèi)能跟物體的 和 都有關(guān)系：溫度升高時物體內(nèi)能 ；體積變化時，物體內(nèi)能變化。4氣

5、體熱現(xiàn)象的微觀解釋及氣體實(shí)驗(yàn)定律（1）用分子動理論解釋氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生（氣體壓強(qiáng)的微觀意義）。氣體的壓強(qiáng)是_產(chǎn)生的。壓強(qiáng)的大小跟兩個因素有關(guān)： ；_。（2）氣體的體積、壓強(qiáng)、溫度間的關(guān)系：一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，體積減小時， _ 增大，壓強(qiáng) 。寫出玻意耳定律的公式：_一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，溫度升高， 增大，體積 。寫出蓋呂薩克定律的公式：_一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，溫度升高， 增大，壓強(qiáng) 。寫出查理定律的公式：_（3）理想氣體狀態(tài)方程為：_（二）重難點(diǎn)闡釋布朗運(yùn)動是指懸浮在液體中的固體微粒的無規(guī)則運(yùn)動。關(guān)于布朗運(yùn)動，要注意以下幾點(diǎn)：形成條件是：只要微粒足夠小。

6、微粒越小、溫度越高，布朗運(yùn)動越激烈。觀察到的是固體微粒（不是液體，不是固體分子）的無規(guī)則運(yùn)動，反映的是液體分子運(yùn)動的無規(guī)則性。實(shí)驗(yàn)中描繪出的是某固體微粒每隔30秒的位置的連線，不是該微粒的運(yùn)動軌跡。二、高考要點(diǎn)精析（一）分子動理論考點(diǎn)點(diǎn)撥分子動理論是從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來研究熱現(xiàn)象的理論。它的基本內(nèi)容是：物體是由大量分子組成的，分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動，分子間存在相互作用力。進(jìn)行有關(guān)估算時要注意：（1）固體、液體被理想化地認(rèn)為各分子是一個挨一個緊密排列的，每個分子的體積就是每個分子平均占有的空間。分子體積=物體體積÷分子個數(shù)。（2）氣體分子仍視為小球，但分子間距離較大，不能看作一個

7、挨一個緊密排列，所以氣體分子的體積遠(yuǎn)小于每個分子平均占有的空間。每個氣體分子平均占有的空間看作以相鄰分子間距離為邊長的正立方體。（3）阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1，是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁。它把物質(zhì)的摩爾質(zhì)量、摩爾體積這些宏觀物理量和分子質(zhì)量、分子體積這些微觀物理量聯(lián)系起來了?！纠?】 根據(jù)水的密度為=1.0×103kg/m3和水的摩爾質(zhì)量M=1.8×10-2kg,，利用阿伏加德羅常數(shù)，估算水分子的質(zhì)量和水分子的直徑。解析：每個水分子的質(zhì)量m=M/NA=1.8×10-2÷6.02×1023=3.0×

8、10-26kg；水的摩爾體積V=M/，把水分子看作一個挨一個緊密排列的小球，則每個分子的體積為v=V/NA,而根據(jù)球體積的計(jì)算公式，用d表示水分子直徑，v=4r3/3=d3/6，得d=4×10-10 m【例2】 下面關(guān)于分子力的說法中正確的有：A鐵絲很難被拉長，這一事實(shí)說明鐵絲分子間存在引力B水很難被壓縮，這一事實(shí)說明水分子間存在斥力C將打氣管的出口端封住，向下壓活塞，當(dāng)空氣被壓縮到一定程度后很難再壓縮，這一事實(shí)說明這時空氣分子間表現(xiàn)為斥力rEr0oD磁鐵可以吸引鐵屑，這一事實(shí)說明分子間存在引力解析：A、B正確。無論怎樣壓縮，氣體分子間距離一定大于r0，所以氣體分子間一定表現(xiàn)為引力。

9、空氣壓縮到一定程度很難再壓縮不是因?yàn)榉肿映饬Φ淖饔茫菤怏w分子頻繁撞擊活塞產(chǎn)生壓強(qiáng)的結(jié)果，應(yīng)該用壓強(qiáng)增大解釋，所以C不正確。磁鐵吸引鐵屑是磁場力的作用，不是分子力的作用，所以D也不正確?！纠?】觀察布朗運(yùn)動時，下列說法中正確的是A溫度越高，布朗運(yùn)動越明顯B大氣壓強(qiáng)的變化，對布朗運(yùn)動沒有影響C懸浮顆粒越大，布朗運(yùn)動越明顯D懸浮顆粒的布朗運(yùn)動，就是構(gòu)成懸浮顆粒的物質(zhì)的分子熱運(yùn)動解析：A選項(xiàng)正確。布朗運(yùn)動是懸浮的固體小顆粒的運(yùn)動，間接的反映了液體分子的運(yùn)動。其劇烈程度與溫度、顆粒大小有關(guān)，溫度越高，布朗運(yùn)動越明顯，顆粒越小，布朗運(yùn)動越明顯。點(diǎn)評：學(xué)生容易出現(xiàn)的錯誤，認(rèn)為大氣壓強(qiáng)的變化對布朗運(yùn)動會產(chǎn)

10、生影響；把布朗運(yùn)動和分子熱運(yùn)動混為一談?？键c(diǎn)精煉1利用阿伏加德羅常數(shù)，估算在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下相鄰氣體分子間的平均距離D。2從下列哪一組數(shù)據(jù)可以算出阿伏伽德羅常數(shù)?（ ）A水的密度和水的摩爾質(zhì)量B水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積C水分子的體積和水分子的質(zhì)量D水分子的質(zhì)量和水的摩爾質(zhì)量3如圖所示設(shè)有一分子位于圖中的坐標(biāo)原點(diǎn)O處不動，另一分子可位于x軸上不同位置處圖中縱坐標(biāo)表示這兩個分子間分子力的大小，兩條曲線分別表示斥力和引力的大小隨兩分子間距離變化的關(guān)系，e為兩曲線的交點(diǎn)則 （ ）Aab表示吸力，cd表示斥力，e點(diǎn)的橫坐標(biāo)可能為 10-15mBab表示斥力，cd表示吸力，e點(diǎn)的橫坐標(biāo)可能為 10-10mCa

11、b表示吸力，cd表示斥力，e點(diǎn)的橫坐標(biāo)可能為 10-10mDab表示斥力，cd表示吸力，e點(diǎn)的橫坐標(biāo)可能為10-15m（二）物體的內(nèi)能考點(diǎn)點(diǎn)撥物體中所有分子做熱運(yùn)動的動能和分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能。物體的內(nèi)能跟物體的溫度和體積都有關(guān)系：溫度升高時物體內(nèi)能增加；體積變化時，物體內(nèi)能變化。分析分子勢能的變化是可以通過分析分子力做功的情況來確定?！纠?】 下列說法中正確的是A物體自由下落時速度增大，所以物體內(nèi)能也增大B物體的機(jī)械能為零時內(nèi)能也為零C物體的體積減小溫度不變時，物體內(nèi)能一定減小D氣體體積增大時氣體分子勢能一定增大解析：物體的機(jī)械能和內(nèi)能是兩個完全不同的概念。物體的動能由物體的宏觀速率

12、決定，而物體內(nèi)分子的動能由分子熱運(yùn)動的速率決定。分子動能不可能為零（溫度不可能達(dá)到絕對零度），而物體的動能可能為零。所以A、B不正確。物體體積減小時，分子間距離減小，但分子勢能不一定減小，例如將處于原長的彈簧壓縮，分子勢能將增大，所以C也不正確。由于氣體分子間距離一定大于r0，體積增大時分子間距離增大，分子力做負(fù)功，分子勢能增大，所以D正確?？键c(diǎn)精煉4關(guān)于分子勢能的下面說法中，正確的是（ ）A當(dāng)分子距離為r0（平衡距離）時分子勢能最大B當(dāng)分子距離為r0（平衡距離）時分子勢能最小，但不一定為零C當(dāng)分子距離為r0（平衡距離）時，由于分子力為零，所以分子勢能為零D分子相距無窮遠(yuǎn)時分子勢能為零，在相互

13、靠近到不能再靠近的過程中，分子勢能逐漸增大第二課時（三）氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程考點(diǎn)點(diǎn)撥（1）玻意耳定律描述了氣體的等溫變化規(guī)律：一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)p與體積V成反比。公式：常量，或 一定質(zhì)量的某種氣體，等溫變化的p-V圖象是雙曲線，稱為等溫線。一定質(zhì)量的氣體，不同溫度下的等溫線不同。（2）查理定律描述了氣體的等容變化規(guī)律：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T成正比。公式： C是比例常數(shù)。或 一定質(zhì)量的某種氣體，等容變化的p-T圖象是過原點(diǎn)的直線，稱為等容線。一定質(zhì)量的氣體，不同體積下的等容線不同。（3）蓋呂薩克定律描述了氣體的等壓變化規(guī)律

14、：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強(qiáng)不變的情況下，體積V與熱力學(xué)溫度T成正比。公式： C是比例常數(shù)。或 一定質(zhì)量的某種氣體，等壓變化的V-T圖象是過原點(diǎn)的直線，稱為等壓線。一定質(zhì)量的氣體，不同壓強(qiáng)下的等壓線不同。（4）理想氣體的狀態(tài)方程：一定質(zhì)量的某種理想氣體在從一個狀態(tài)1變化到另一個狀態(tài)2時，盡管其p、T、V都可能改變，但是壓強(qiáng)跟體積的乘積與熱力學(xué)溫度的比值保持不變。公式：常數(shù)。或考點(diǎn)點(diǎn)撥【例5】一定質(zhì)量的理想氣體，要使氣體溫度在經(jīng)過不同的狀態(tài)變化過程后返回初始狀態(tài)的溫度，可能的過程是（ ）A先等壓膨脹，后等容降壓B先等壓壓縮，后等容降壓C先等容升壓，后等壓膨脹D先等容降壓，后等壓壓縮解析：本題采用

15、圖解法直觀。 先作出氣體的pV圖線，如圖，設(shè)氣體的初狀態(tài)為Q，作出過Q的等溫線（雙曲線），然后畫A選項(xiàng)的過程圖線如，（其中平行V軸為等壓膨脹過程，平行p軸線段為等容降壓過程），可見過程圖能與等溫線相交，即能返回到Q狀態(tài)的溫度，故A選項(xiàng)正確。同理可作出 B、C、D三選項(xiàng)的圖線分別如圖、，都不能與過Q點(diǎn)的等溫線相交，故B、C、D選項(xiàng)不正確。答案：A【例6】如圖所示，表示一定質(zhì)量的理想氣體沿箭頭所示的方向發(fā)生狀態(tài)變化的過程，則該氣體壓強(qiáng)變化情況是（ ）A從狀態(tài)c到狀態(tài)d，壓強(qiáng)減小B從狀態(tài)d到狀態(tài)a，壓強(qiáng)增大C從狀態(tài)a到狀態(tài)b，壓強(qiáng)增大D從狀態(tài)b到狀態(tài)c，壓強(qiáng)不變解析： 在VT圖象中等壓線是過坐標(biāo)原點(diǎn)

16、的直線。故可在圖中作過a、b、c、d四點(diǎn)的等壓線（圖中虛線）。由理想氣體狀態(tài)方程知可見，當(dāng)壓強(qiáng)增大時，等壓線的斜率k=變小。由圖中比較可確定答案：AC【例7】甲、乙兩個相同的密閉容器中分別裝有等質(zhì)量的同種氣體，已知甲、乙容器中氣體的壓強(qiáng)分別為p甲、p乙，且p甲<p乙。則（ ）（2004年，江蘇）A甲容器中氣體的溫度高于乙容器中氣體的溫度B甲容器中氣體的溫度低于乙容器中氣體的溫度C甲容器中氣體分子的平均動能小于乙容器中氣體分子的平均動能D甲容器中氣體分子的平均動能大于乙容器中氣體分子的平均動能解析：據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程可知，因?yàn)閜甲<p乙，且V甲=V乙，則可判斷出T甲<T乙，B

17、正確。氣體的溫度直接反映出氣體分子的平均動能大小，故C對。答案：BC考點(diǎn)精煉5一定質(zhì)量的理想氣體處于某一平衡狀態(tài)，此時其壓強(qiáng)為p0，有人設(shè)計(jì)了四種途徑，使氣體經(jīng)過每種途徑后壓強(qiáng)仍為p0。這四種途徑是先保持體積不變，降低壓強(qiáng)，再保持溫度不變，壓縮體積 先保持體積不變，使氣體升溫，再保持溫度不變，讓體積膨脹先保持溫度不變，使體積膨脹，再保持體積不變，使氣體升溫 先保持溫度不變，壓縮氣體，再保持體積不變，使氣體降溫?？梢詳喽ǎ?） （2004年，全國）A、不可能 B、不可能C、不可能 D、都可能6一定質(zhì)量的理想氣體（ ）（2003年，江蘇）A先等壓膨脹，再等容降溫，其溫度必低于起始溫度B先等溫膨脹，

18、再等壓壓縮，其體積必小于起始體積C先等容升溫，再等壓壓縮，其溫度有可能等于起始溫度D先等容加熱，再絕熱壓縮，其內(nèi)能必大于起始內(nèi)能（四）氣體熱現(xiàn)象的的微觀意義考點(diǎn)點(diǎn)撥（1）氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn)：大量分子做無規(guī)則運(yùn)動，速率有大有小，但分子的速率卻按一定的規(guī)律分布，溫度越高，分子的熱運(yùn)動越激烈。（2）氣體熱現(xiàn)象的的微觀意義：從微觀的角度看，氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁撞擊器壁而產(chǎn)生的。氣體分子的平均動能決定于溫度，分子的密集程度決定于體積。所以：氣體壓強(qiáng)與溫度和體積有關(guān)。一定質(zhì)量的氣體，溫度保持不變時，分子的平均動能是一定的；體積保持不變時，分子的密集程度保持不變；溫度升高時，分子的平均動能增大?！纠?/p>

19、8】一定質(zhì)量的氣體，在等溫變化過程中，下列物理量中不發(fā)生改變的有（ ）A分子的平均速率 B單位體積內(nèi)的分子數(shù)C氣體的壓強(qiáng) D分子總數(shù)解析：氣體等溫變化過程中，溫度保持不變，溫度是分子平均動能大小的標(biāo)志，故分子的平均速率不變，A正確；氣體的壓強(qiáng)和體積都可以變化，故單位體積內(nèi)的分子數(shù)會變化，B、C都錯誤，氣體質(zhì)量不變，則分子總數(shù)不變，D正確。答案：AD【例9】封閉在容積不變的容器中的氣體，當(dāng)溫度升高時，則氣體的 （ ）A分子的平均速率增大 B分子密度增大C分子的平均速率減小 D分子密度不變解析：容器的容積不變，則分子密度不變，B錯D對；當(dāng)溫度升高時，氣體的分子平均動能增大，分子的平均速率增大，A對

20、C錯。答案：AD考點(diǎn)精煉7一定質(zhì)量氣體作等容變化，溫度降低時，氣體的壓強(qiáng)減小，這時 （ ）A分子平均動能減小B分子與器壁碰撞時，對器壁的總沖量減小C分子平均密度變小了D單位時間內(nèi)分子對器壁單位面積的碰撞次數(shù)減少8一定質(zhì)量的理想氣體，體積變大的同時，溫度也升高了，那么下面判斷正確的是（ ）A氣體分子平均動能增大B單位體積內(nèi)分子數(shù)目增多C氣體的壓強(qiáng)一定保持不變D氣體的壓強(qiáng)可能變大考點(diǎn)精煉參考答案1解析：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下， 1mol任何氣體的體積都是V=22.4L，除以阿伏加德羅常數(shù)就得每個氣體分子平均占有的空間，該空間的大小是相鄰氣體分子間平均距離D的立方。，這個數(shù)值大約是分子直徑的10倍。因此水氣化

21、后的體積大約是液體體積的1000倍。2D 解析：水的摩爾質(zhì)量除以水分子的質(zhì)量等于一摩爾水分子的個數(shù)，即阿伏伽德羅常數(shù)。故D正確。 3C 解析：斥力比引力變化得快，引力與斥力相等時分子間距離約為10-10m ，即e點(diǎn)的橫坐標(biāo)可能為 10-10m 4BD5D 解析：四種途徑的變化過程，均有可能使的值保持恒定，符合氣體的性質(zhì)規(guī)律，故D項(xiàng)正確。6CD 解析：根據(jù)C（恒量），則，先等壓膨脹，體積（V）將增大，再等容降溫，則壓強(qiáng) p又減小，但 p·V的值難以確定其是否增減，故A錯。同理，等溫膨脹時，壓強(qiáng)p減小，等壓壓縮時，溫度（T）又減小，則難以判定的值是否減小或增大，故B錯。同理，先等容升溫，

22、壓強(qiáng)p增大，但后來等壓壓縮V將減小，則p·V值可能不變，即T可能等于起始溫度，故C正確。先等容加熱，再絕熱壓縮，氣體的溫度始終升高，則內(nèi)能必定增加，即D正確。7ABD 8AD 三、考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練1關(guān)于布朗運(yùn)動，如下說法中正確的是（ ）A布朗運(yùn)動是在顯微鏡中看到的液體分子的無規(guī)則運(yùn)動B布朗運(yùn)動是液體分子無規(guī)則運(yùn)動的反映C懸浮微粒越小，布朗運(yùn)動越顯著D液體溫度越高，布朗運(yùn)動越顯著2把表面光滑的鉛塊放在鐵塊上，經(jīng)過幾年后將它們分開，發(fā)現(xiàn)鉛塊中含有鐵，而鐵塊中也含有鉛，這種現(xiàn)象說明（ ）A物質(zhì)分子之間存在著相互作用力 B分子之間存在空隙C分子在永不停息地運(yùn)動 D分子的引力大于斥力3 分子間相互

23、作用力由引力和斥力兩部分組成，則（ ）A引力和斥力是同時存在的B引力總是大于斥力，其合力總表現(xiàn)為引力C分子之間距離越小，引力越小，斥力越大D分子之間距離越小，引力越大，斥力越小4一木塊從斜面上勻速下滑，在下滑過程中，木塊的（不考慮木塊的熱膨脹）（ ）A分子勢能減小，分子平均動能不變B機(jī)械能減小，內(nèi)能增大C機(jī)械能不變，內(nèi)能增大D分子勢能不變，分子平均動能增大5對于液體和固體，如果用M表示摩爾質(zhì)量，表示物質(zhì)密度，V表示摩爾體積，V0表示分子體積，NA表示阿伏加德羅常數(shù)，那么下列關(guān)系式中正確的是（ ）A= NA B= NA C= Vmol DM = Vmol6對一定量的氣體，它的壓強(qiáng)、體積和溫度存在某些關(guān)系。關(guān)于它們關(guān)系的表述，正確的是（ ）A溫度不變時，體積減小，壓強(qiáng)增大B體積不變時，溫度升高，壓強(qiáng)減小C體積減小時，溫度一定升高D溫度升高時，壓強(qiáng)可能減小7根據(jù)分子動理論，物質(zhì)分子間距離為r0時分子所受到的引力與斥力相等，以下關(guān)于分子勢能的說法正確的是A當(dāng)分子間距離是r0時，分子具有最大勢能，距離增大或減小時勢能都變小B當(dāng)分子間距離是r0時，分子具有最小勢能，距離增大或減小時勢能都變大C分子距離越大，分子勢能越大，分子距離越小，分子勢能