专题十二分子动理论气体及热力学定律(导学导练,含详解)

1、分子动理论气体及热力学定律 2015 高考导航 热点视角备考对策本讲考查的重点和热点：分子大小的估算； 对分子动理论内容的理解；物态变化中 的能量问题；气体实验定律的理解和简单计算；固、液、气三态的微观解释；热 力学定律的理解和简单计算；用油膜法估测分子大小命题形式基本上都是小题的拼 盘.由于本讲内容琐碎，考查点多，因此在复习 中应注意抓好四大块知识：一是分子动理论；二是从微观角度分析固体、液体、气体的性 质；三是气体实验三定律；四是热力学定 律以四块知识为主干，梳理出知识点，进 行理解性记忆 . 一、分子动理论1分子的大小 (1)阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1. (2)分子体积： V0Vmol NA(占有空间的体积)(3)分子质量： m0Mmol NA. (4)油膜法估测分子的直径：dV S. (5)估算微观量的两种分子模型球体模型：直径为d36V0 . 立方体模型：边长为d3V0. 2分子热运动的实验基础 (1)扩散现象特点：温度越高，扩散越快 (2)布朗运动特点：液体内固体小颗粒永不停息、无规则的运动，颗粒越小、温度越高，运 动越剧烈3分子间的相互作用力和分子势能

2、(1)分子力：分子间引力与斥力的合力分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离 减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快(2)分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加；当分子间距 为 r0时，分子势能最小二、固体、液体和气体1晶体、非晶体分子结构不同，表现出的物理性质不同其中单晶体表现出各向异性，多 晶体和非晶体表现出各向同性2液晶是一种特殊的物质，既可以流动，又可以表现出单晶体的分子排列特点，在光学、 电学物理性质上表现出各向异性3液体的表面张力使液体表面有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切 4气体实验定律：气体的状态由热力学温度、体积和压强三个物理量决定(1)等温变化： pVC 或 p1V1p2V2. (2)等容变化：p TC 或p1 T1p2 T2. (3)等压变化：V TC 或V1 T1V2 T2. (4)理想气体状态方程：pV TC 或p1V1 T1p2V2 T2. 三、热力学定律1物体的内能 (1)内能变化 温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化， 分子间的分子力做功，引起分子势能的变化(2)物体内能的决定因素2热力学第一定律(1)

3、公式： UWQ. (2)符号规定：外界对系统做功，W0，系统对外界做功，W 0；系统从外界吸收热量，Q 0，系统向外界放出热量，Q 0.系统内能增加， U0，系统内能减少， U 0. 3热力学第二定律(1)表述一：热量不能自发地从低温物体传到高温物体 (2)表述二：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响(3)揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，说明了第二类永动机不能 制造成功热点一微观量的估算命题规律 ：微观量的估算问题在近几年高考中出现的较少，但在2015 年高考中出现的概率较大，主要以选择题的形式考查下列两个方面：(1)宏观量与微观量的关系；(2)估算固、液体分子大小，气体分子所占空间大小和分子数目的多少1.若以 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，为在标准状态下水 蒸气的密度， NA为阿伏加德罗常数，m、分别表示每个水分子的质量和体积，下面五个关 系式中正确的是() ANAV mB NAC m NAD V NAE V解析 由 NA mV m，故 A、C 对；因水蒸气为气体，水分子间的空隙体积远大于分子本身体积，即V? NA

4、，D 不对，而 V? NA，B 不对， E 对答案 ACE 2.某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前，查阅数据手册得知：油酸的摩尔质 量 M0.283 kg mol1，密度 0.895103kg m3.若 100 滴油酸的体积为1 mL ，则 1 滴油 酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少？(取 NA6.02 1023 mol1， 球的体积V 与直径 D的关系为 V1 6 D3，结果保留一位有效数字) 解析 一个油酸分子的体积VM NA分子直径 D36M NA最大面积SV油 D 代入数据得： S1101 m2. 答案 1101 m23.(2014潍坊二模 )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，若有一空调工作一段时间后，排出液化 水的体积 V1.0103 cm3.已知水的密度 1.0103 kg/m3、 摩尔质量M1.8102 kg/mol ，阿伏加德罗常数NA6.0 1023 mol1.试求： (结果均保留一位有效数字) (1)该液化水中含有水分子的总数N； (2)一个水分子的直径d. 解析 水是

5、液体，故水分子可以视为球体，一个水分子的体积公式为V01 6 d3. (1)水的摩尔体积为V0M 该液化水中含有水分子的物质的量nV V0 水分子总数NnNA由得N VNA M1.01031.0103 6.010231.8 10231025(个)(2)建立水分子的球模型有：V0 NA1 6 d3得水分子直径d36V0 NA361.81053.146.01023m41010 m. 答案 (1)31025个(2)41010 m 方法技巧 解决估算类问题的三点注意 1 固体、液体分子可认为紧靠在一起，可看成球体或立方体；气体分子只能按立方体模型 计算所占的空间. 2 状态变化时分子数不变. 3 阿伏加德罗常数是宏观与微观的联系桥梁，计算时要注意抓住与其有关的三个量：摩尔 质量、摩尔体积和物质的量.) 热点二分子动理论和内能 命题规律： 分子动理论和内能是近几年高考的热点，题型为选择题分析近几年高考命题， 主要考查以下几点：(1)布朗运动、分子热运动与温度的关系 (2)分子力、分子势能与分子间距离的关系及分子势能与分子力做功的关系1.(2014唐山一模 )如图为两分子系统的势能Ep与两分子间距

6、离r 的关 系曲线下列说法正确的是() A当 r 大于 r1时，分子间的作用力表现为引力 B当 r 小于 r1时，分子间的作用力表现为斥力 C当 r 等于 r1时，分子间势能Ep最小D当 r 由 r1变到 r2的过程中，分子间的作用力做正功 E当 r 等于 r2时，分子间势能Ep最小解析 由图象知： rr2时分子势能最小，E 对，C 错；平衡距离为r2，rr2时分子力表现 为斥力， A 错， B 对； r 由 r1变到 r2的过程中，分子势能逐渐减小，分子力做正功，D 对答案 BDE 2.(2014长沙二模 )下列叙述中正确的是() A布朗运动是固体小颗粒的运动，是液体分子的热运动的反映 B分子间距离越大，分子势能越大；分子间距离越小，分子势能也越小C两个铅块压紧后能粘在一起，说明分子间有引力 D用打气筒向篮球充气时需用力，说明气体分子间有斥力 E温度升高，物体的内能却不一定增大 解析 布朗运动不是液体分子的运动，而是悬浮在液体中的小颗粒的运动，它反映了液体 分子的运动，A 正确；若取两分子相距无穷远时的分子势能为零，则当两分子间距离大于r0时，分子力表现为引力，分子势能随间距的减小而

7、减小(此时分子力做正功)，当分子间距 离小于 r0时，分子力表现为斥力，分子势能随间距的减小而增大(此时分子力做负功)，故 B错误；将两个铅块用刀刮平压紧后便能粘在一起，说明分子间存在引力，C 正确；用打气筒 向篮球充气时需用力，是由于篮球内压强在增大，不能说明分子间有斥力，D 错误；物体的内能取决于温度、体积及物体的质量，温度升高，内能不一定增大，E 正确答案 ACE 3.对一定量的气体，下列说法正确的是() A气体的体积是所有气体分子的体积之和 B气体的体积大于所有气体分子的体积之和 C气体分子的热运动越剧烈，气体温度就越高 D气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞产生的 E当气体膨胀时，气体分子之间的势能减小，因而气体的内能减小 解析 气体分子间的距离远大于分子直径，所以气体的体积远大于所有气体分子体积之 和， A 项错， B 项对；温度是物体分子平均动能大小的标志，是表示分子热运动剧烈程度的 物理量， C 项对；气体压强是由大量气体分子频繁撞击器壁产生的，D 项对；气体膨胀，说 明气体对外做功，但不能确定吸、放热情况，故不能确定内能变化情况，E 项错误答案 BCD 方法

8、技巧 1 分子力做正功，分子势能减小，分子力做负功，分子势能增大，两分子为平 衡距离时，分子势能最小. 2 注意区分分子力曲线和分子势能曲线.) 热点三热力学定律的综合应用 命题规律： 热力学定律的综合应用是近几年高考的热点，分析近三年高考，命题规律有以下 几点：(1)结合热学图象考查内能变化与做功、热传递的关系，题型为选择题或填空题 (2)以计算题形式与气体性质结合进行考查 (3)对固体、液体的考查比较简单，备考中熟记基础知识即可1.(2014南昌一模 )下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是() A第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 B能量耗散过程中能量不守恒C电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律 D能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性E物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 解析 由热力学第一定律知A 正确； 能量耗散是指能量品质降低，反映能量转化的方向性 仍遵守能量守恒定律，B 错误， D 正确；电冰箱的热量传递不是自发，不违背热力学第二定 律， C 错误；在有外界影响的情况下，从单一热源吸收的热量可以全部

9、用于做功，E正确答案 ADE 2.某同学给四只一样的气球充入了质量相同的空气(视为理想气体)，分两排并列放在光滑的 水平面上， 再在上面放一轻质硬板，而后他慢慢地站到硬板上，在此过程中气球未爆，且认 为气球中气体温度不变，外界对气球中的气体做了6 J 的功，则此过程中气球_(填 “吸收”或“放出”)的热量为 _J；若换上另外一个人表演时，某个气球突然爆炸， 则该气球内的气体的内能_(填“增大”或“减小”)，气体的温度_(填“升高”或“降低”) 解析 (1)气体温度不变，则 U0 由热力学第一定律 UQW 得Q UW06 J 6 J 即气球放出6 J 的热量(2)气球爆炸，气体膨胀对外做功，内能减小，温度降低 答案 放出6减小降低3.(2013高考江苏卷 )如图所示， 一定质量的理想气体从状态A 依次经过状态B、C 和 D 后再 回到状态A.其中， A B 和 CD 为等温过程，BC 和 DA 为绝热过程 (气体与外界无热量交换 )这就是著名的“卡诺循环”(1)该循环过程中，下列说法正确的是_ AAB 过程中，外界对气体做功 BBC 过程中，气体分子的平均动能增大 CCD 过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 DDA 过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化 (2)该循环过程中，内能减小的过程是_(选填“ AB”、“ BC”、“ CD”或 “DA”)若气体在AB 过程中吸收63 kJ 的热量，在CD 过程中放出38 kJ 的热量， 则气体完成一次循环对外做的功为_k

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