第十一章 热学
第1讲
分子动理论 内能
考纲下载：1.分子动理论的基本观点和实验依据(Ⅰ) 2.阿伏加德罗常数(Ⅰ) 3．气体分子运动速率的统计分布(Ⅰ) 4.温度是分子平均动能的标志、内能(Ⅰ)
主干知识·练中回扣——忆教材 夯基提能 1．分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏加德罗常数 (1)物体是由大量分子组成的 ①分子的大小
a．分子的直径(视为球模型)：数量级为 10－10 m； b．分子的质量：数量级为10－26 kg。 ②阿伏加德罗常数
a．1 mol的任何物质都含有相同的粒子数。通常可取NA＝6.02×1023 mol－1； b．阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。 (2)分子永不停息地做无规则运动 ①扩散现象
a．定义：不同物质能够彼此进入对方的现象；
b．实质：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象，温度越高，扩散现象越明显。
②布朗运动
a．定义：悬浮在液体中的小颗粒的永不停息地无规则运动； b．实质：布朗运动反映了液体分子的无规则运动；
c．特点：颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈。 ③热运动
a．分子永不停息地做无规则运动叫做热运动；
b．特点：分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子运动越激烈。 (3)分子间同时存在引力和斥力 ①物质分子间存在空隙，分子间的引力和斥力是同时存在的，实际表现出的分子力是引力和斥力的合力；
②分子力随分子间距离变化的关系：分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但斥力比引力变化得快；
③分子力与分子间距离的关系图线
由分子间的作用力与分子间距离关系图线(如图所示)可知： a．当r＝r0时，F引＝F斥，分子力为零； b．当r>r0时，F引>F斥，分子力表现为引力； c．当r d．当分子间距离大于10r0(约为10－9 m)时，分子力很弱，可以忽略不计。 2．温度是分子平均动能的标志 内能 (1)温度 一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。 (2)两种温标 摄氏温标和热力学温标。关系：T＝t＋273.15 K。 (3)分子的动能 ①分子动能是分子热运动所具有的动能； ②分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值，温度是分子热运动的平均动能的标志； ③分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和。 (4)分子的势能 ①意义：由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相对位置决定的能。 ②分子势能的决定因素 a．微观上：决定于分子间距离和分子排列情况； b．宏观上：决定于体积和状态。 (5)物体的内能 ①概念理解：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，是状态量； ②决定因素：对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定，即由物体内部状态决定； ③影响因素：物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。 ④改变物体内能的两种方式：做功和热传递。 巩固小练 判断正误 (1)温度越高，扩散现象越明显。(√) (2)布朗运动是液体分子的无规则运动。(×) (3)分子间的引力和斥力都随分子间距的减小而增大。(√) (4)－33 ℃＝240 K。(√) (5)物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大。(×) (6)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。(√) (7)物体温度不变，其内能一定不变。(×) 核心考点·分类突破——析考点 讲透练足 考点一 1．求解分子直径时的两种模型(对于固体和液体) (1)把分子看成球形，d＝ 3 微观量的估算 6V0 。 π 3 (2)把分子看成小立方体，d＝V0。 3 提醒：对于气体，利用d＝V0算出的不是分子直径，而是气体分子间的平均距离。 2．宏观量与微观量的相互关系 (1)微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。 (2)宏观量：物体的体积V、摩尔体积Vmol、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ。 (3)相互关系 ①一个分子的质量：m0＝＝②一个分子的体积：V0＝ MρVmol 。 NANA VmolM＝(注：对气体V0为分子所占空间体积)； NAρNA VmmρV·NA＝·NA或n＝·NA＝·NA。 VmolρVmolMM③物体所含的分子数：n＝ [典题1] (2016·嘉定区模拟)铜摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA。1 个铜原子所占的体积是( ) A. MρMρNAM B. C. D. ρNANAMρ Mρ ，则一个铜原子所占的体积为V0＝ [解析] 铜的摩尔体积Vmol＝[答案] A VmolM＝，A正确。 NAρNA 1．(2016·泉州模拟)空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥。某空调工作一段时间后，排出液化水的体积为V，水的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则液化水中水分子的总数N和水分子的直径d分别为( ) A．N＝ M3 d＝ρVNA MM6M πρNAπρNA 6M6M πρNAπρNA 6MρVNA3 B．N＝ d＝ρVNA3C．N＝ d＝D．N＝ M3 d＝ρVNA MVρVNA 解析：选C 水的摩尔体积Vmol＝，水分子的总数N＝NA＝，将水分子看成球 ρVmolM形，由 Vmol133 ＝πd，解得水分子直径为d＝NA66M，故C正确。 πρNA 2．(2016·连云港模拟)2015年2月，美国科学家创造出一种利用细菌将太阳能转化为液体燃料的“人造树叶”系统，使太阳能取代石油成为可能。假设该“人造树叶”工作一段 －633 时间后，能将10 g的水分解为氢气和氧气。已知水的密度ρ＝1.0×10 kg/m，摩尔质量M＝1.8×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1。试求：(结果均保留一位有效数字) (1)被分解的水中含有水分子的总数N； (2)一个水分子的体积V。 mNA10－6×10－3×6.0×102316 解析：(1)水分子数N＝＝＝3×10个 －2M1.8×10 (2)水的摩尔体积 Vmol＝ ρ水分子体积 V0＝MVmolM－293 ＝＝3×10 m NAρNA 答案：(1)3×10个 (2)3×10 16－29 m 3 考点二 布朗运动与分子热运动的比较 分子的热运动 分子热运动 分子的运动 使用电子显微镜观察 共同点 不同点 联系 布朗运动 小颗粒的运动 使用光学显微镜观察 都是无规则运动，都随温度的升高而变得更加剧烈 布朗运动是由于小颗粒受到周围分子热运动的撞击力而引起的，反映了分子做无规则运动 1．(2016·惠州模拟)某同学观察布朗运动，并提出这样的观点，正确的是( ) A．布朗运动指的是花粉微粒的无规则运动 B．布朗运动指的是液体分子的无规则运动 C．温度为0 ℃时，液体分子的平均动能为零 D．花粉微粒越大，其无规则运动越剧烈 解析：选A 布朗运动指悬浮在液体中的颗粒所做的无规则运动，故A正确；布朗运动反映的是液体分子的无规则运动，不是分子的运动，故B错误；分子的运动是永不停息的，温度为0 ℃时，液体分子的平均动能不为零，故C错误；微粒越小，液体温度越高，布朗运动越剧烈，故D错误。 2．[多选](2015·山东高考)墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀。关于该现象的分析正确的是( ) A．混合均匀主要是由于碳粒受重力作用 B．混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动 C．使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速 D．墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的 解析：选BC 墨滴入水，最后混合均匀，这是扩散现象；碳粒做布朗运动，水分子做无规则的热运动；碳粒越小，布朗运动越明显，混合均匀的过程进行得越迅速，选项B、C正确。 考点三 分子力、分子势能与分子间距离的关系 分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)。 (1)当r＞r0时，分子力为引力，当r增大时，分子力做负功，分子势能增加。 (2)当r＜r0时，分子力为斥力，当r减小时，分子力做负功，分子势能增加。 (3)当r＝r0时，分子势能最小。 [典题2] [多选](2016·海口模拟)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r>r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小 B．在r E．分子动能和势能之和在整个过程中不变 [解析] 由Ep -r图可知：在r>r0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故A正确；在r [答案] ACE 判断分子动能变化的2种方法 1.利用分子力做功判断 分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加。 2.利用分子势能Ep与分子间距离r的关系图线判断 如图所示，仅受分子力作用，分子动能和势能之和不变，根据Ep变化可判知Ek变化。而Ep变化根据图线判断。但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似，但意义不同，不要混淆。 1．(2016·崇明质检)由于两个分子间的距离发生变化而使得分子势能变小，则可以判定在这一过程中( ) A．分子间的相互作用力一定做了功 B．两分子间的相互作用力一定增大 C．两分子间的距离一定变大 D．两分子间的相互作用力一定是引力 解析：选A 分子间分子势能与距离的关系如图所示，分子间距变化分子力一定做功，A正确；若分子间距大于平衡间距，分子间距变小，分子力可能增加，也可能减小，B错误；从图可以看出，分子势能变小，分子间距可能增加，也可能减小，C错误；若分子间距小于