1、届二轮复习 第14讲 分子动理论 气体及热力学定律 教案专题六选修33、34、35第14讲分子动理论气体及热力学定律网络构建高考概况 考什么1分子动理论、气体实验定律及理想气体状态方程；2固体、液体的性质，热力学定律；3估算法、图象法等。 怎么考 1.以选择题的形式考查分子动理论、热力学定律、微观量的计算等知识，难度中等偏下；2以计算题的形式考查气体实验定律、理想气体状态方程、热力学第一定律等知识，难度中等。 怎么办1熟练掌握分子动理论的基础知识，物体内能、热和功的相关概念和热力学定律；2加深对气体参量与力学部分关系的理解，掌握对气体实验定律和热力学定律的综合问题的解答方法；3还要注意考试说明
2、中涉及的所有考点，能够对相关知识点直接识别。 1分子动理论(1)分子大小阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1。分子体积：V0(占有空间的体积)。分子质量：m0。油膜法估测分子的直径：d。(2)分子热运动的实验基础：扩散现象和布朗运动。扩散现象特点：温度越高，扩散越快。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。(反映了液体分子的无规则运动，但并非液体分子的无规则运动)(3)分子间的相互作用力和分子势能分子力：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。分子势能：分子力做正功
3、，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0时，分子势能最小。2固体和液体(1)晶体和非晶体的分子结构不同，表现出的物理性质不同。晶体具有确定的熔点。单晶体表现出各向异性，多晶体和非晶体表现出各向同性。晶体和非晶体在适当的条件下可以相互转化。(2)液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间。液晶具有流动性，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具有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切。3气体实验定律(1)等温变化：pVC或p1V1p2V2；(2)等容变化：C或；(3)等压变化：C或；(4)理想气体状态方程：C或。4热力学定律(1)
4、物体内能变化的判定：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)热力学第一定律公式：UWQ；符号规定：外界对系统做功，W0，系统对外界做功，W0，系统向外界放出热量，Q0，系统内能减少，U0。(3)热力学第二定律热量不能自发地从低温物体传到高温物体(按热传递的方向性表述)。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(按机械能和内能转化的方向性表述)。第二类永动机是不可能制成的。(4)第一类永动机违背了能量守恒，不可能实现；第二类永动机不违背能量守恒，但违背热力学第二定律，也不可能实现。两种微观模型(1)球体模型(适用于固体、液体)：一
5、个分子的体积V03d3，d为分子的直径。(2)立方体模型(适用于气体)：一个分子占据的平均空间V0d3，d为分子间的距离。 1 分子动理论、内能一般以选择题形式考查，常涉及分子力、分子力做功与分子势能变化，内能的影响因素，微观量的估算等知识。答案BDE解析分子直径大约是1010 m，PM2.5的直径要比分子大的多，因此A错；PM2.5在空气中的运动属于固体小颗粒的运动，是布朗运动，不属于分子运动，B正确；温度越高，分子运动越剧烈，PM2.5活动越剧烈，C错；倡导低碳生活减少煤和石油等燃料的使用能有效减小PM2.5在空气中的浓度，D正确；PM2.5中颗粒小一些的，其他颗粒的碰撞使其更不平衡，故其
6、颗粒的运动比其他颗粒更为剧烈，E正确。对分子动理论的理解(1)掌握两个关系分子力与分子间距的关系，分子势能与分子间距的关系。分子力做功与分子势能变化的关系。(2)阿伏加德罗常数是联系宏观与微观的桥梁，掌握宏观与微观的联系。12015洛阳统考(多选)下列说法正确的是()A布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息的做无规则热运动B气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内的分子数及气体分子的平均动能都有关C当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小D如果气体分子总数不变，温度升高，气体分子的平均动能一定增大，因此压强也增大E当分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小答案BCE解析
7、布朗运动是固体颗粒的无规则运动，它说明了液体分子的无规则热运动。因此A选项是错误的。气体分子单位时间与器壁单位面积的碰撞的次数，与单位体积的分子数以及分子的冲撞速度有关，而分子的平均动能直接影响到冲撞速度，因此B选项是正确的。分子力表现为引力时，随分子间距减小，分子力做正功，分子势能减小；当分子力表现为斥力时，随分子间距减小，分子力做负功，分子势能增大，所以当分子间引力和斥力平衡时，分子势能最小，C选项正确。气体分子总数不变时，如果体积不变，气体分子的平均动能随温度的升高而增大，压强也增大，如果体积变大，压强就不一定增大，D选项错误。不管是分子间的引力还是斥力都是随分子间距增大而减小，随分子间
8、距离的减小而增大，但斥力变化更快，E选项正确。22015太原模拟(多选)根据分子动理论，下列说法正确的是()A水和酒精混合后的体积小于原来体积之和，说明分子间存在引力B在一定条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素C一个气体分子的体积等于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比D分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大E墨水中小炭粒在不停地做无规则运动，反映液体分子在做无规则运动答案BDE解析水和酒精混合后的体积小于原体积之和，说明分子间有间隙，并非分子间存在引力，所以A选项错误。分子永不停息的无规则热运动，所以在一定条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素，所以B选项正确。一
9、个气体分子所占有的空间等于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比，所以C选项错误。当分子力表现为斥力时，分子力随分子间距增大而做正功，分子势能减小；当分子力表现为引力时，随分子间距增大而做负功，分子势能增大，所以D选项正确。固体小颗粒在液体中不停地做无规则运动就是布朗运动，它反映液体分子的无规则热运动，所以E选项正确。2 热力学定律与固体、液体性质一般以选择题或填空题形式考查，常常涉及热力学定律的理解和应用，固体液体的性质等。答案BCE解析甲图中两个分子从很远处逐渐靠近的过程中，分子引力和斥力都增大，但引力大于斥力，分子力表现为引力并且分子力先增大后减小，当减小到零后，随两分子靠近，分子力表现为斥
10、力，并且逐渐增大，因此A选项错误。图乙中是单分子油膜，因此油膜厚度就可以视为分子直径，所以B选项是正确的。丙图中氯化钠是晶体，它的结构是有规律的，具有空间上的周期性，C选项是正确的。丁图中，猛推木质推杆，由于速度快，热传递没来得及进行，只有外界对气体做功，内能增大，压强变大，温度升高，D选项是错误的。戊图中，电冰箱通过压缩机做功，把热量从低温物体向高温物体传递，E选项是正确的。热力学第一定律的灵活应用(1)应用热力学第一定律时，要注意各符号正负的规定，并要充分考虑改变内能的两个因素：做功和热传递。不能认为物体吸热(或对物体做功)，物体的内能一定增加。(2)若研究物体为气体，对气体做功的正负由气
11、体的体积决定，气体体积增大，气体对外做功，W为负值；气体的体积减小，外界对气体做功，W为正值。(3)三种特殊情况若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体(物体对外界)做的功等于物体内能的增加量(减少量)。若过程中不做功，即W0，QU，物体吸收(放出)的热量等于物体内能的增加量(减少量)。若过程的始、末状态物体的内能不变，即U0，则WQ0或WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量(物体对外界做的功等于物体吸收的热量)。32015江西一模(多选)下列说法中正确的是()A只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积B悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显C一定质量的理想气体
12、，保持气体的压强不变，温度越高，体积越大D一定温度下，饱和汽的压强是一定的E由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间只有引力，没有斥力，所以液体表面具有收缩的趋势答案BCD解析A项，摩尔体积除以阿伏加德罗常数算出的是气体分子占据的空间，气体分子间的空隙很大，所以气体分子占据的空间不等于气体分子的体积，故A错误；B项，悬浮在液体中的固体微粒越小，来自各方向的撞击抵消的越少，撞击越不平衡，则布朗运动就越明显，故B正确；C项，一定质量的理想气体，保持气体的压强不变，温度越高，体积越大，故C正确；D项，当温度不变时，饱和汽的压强也是不变的，故D正确；E项，分子间的引力和斥力是同时存在
13、的，有引力的同时也一定有斥力，故E错误。42015江苏高考(多选)对下列几种固体物质的认识，正确的有()A食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体B烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体C天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则D石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同。答案AD解析晶体都具有固定的熔点，选项A正确；蜂蜡是非晶体，选项B错误；晶体的微粒在空间的排列是规则的，选项C错误；石墨和金刚石的物质微粒排列结构不同，导致了它们的物理性质不同，选项D正确。3 气体实验定律和理想气体状态方程一般以计算题的形式考
14、查，常常涉及气体压强的计算，三个实验定律和理想气体状态方程等知识。答案127 解析设大气压强为p0，末状态时气缸内的压强为p，对气缸内的气体分析，由理想气体状态方程得对活塞受力分析，由平衡条件得mgpSp0S联立，代入数据，得t127 。应用气体实验定律或气体状态方程解题的步骤(1)选对象根据题意，选出所研究的某一部分气体，这部分气体在状态变化过程中，其质量必须保持一定。(2)找参量找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前后的一组p、V、T数值或表达式，压强的确定往往是个关键，常需结合力学知识(如力的平衡条件或牛顿运动定律)才能写出表达式。(3)认过程过程表示两个状态之间的一种变化方式，除题
15、中条件已直接指明外，在许多情况下，往往需要通过对研究对象跟周围环境的相互关系的分析才能确定。认清变化过程是正确选用物理规律的前提。(4)列方程根据研究对象状态变化的具体方式，选用气体方程或某一实验定律，代入具体数值，最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义。5. 2015课标全国卷如图，一粗细均匀的U形管竖直放置，A侧上端封闭，B侧上端与大气相通，下端开口处开关K关闭；A侧空气柱的长度为l10.0 cm，B侧水银面比A侧的高h3.0 cm。现将开关K打开，从U形管中放出部分水银，当两侧水银面的高度差为h110.0 cm时将开关K关闭。已知大气压强p075.0 cmHg。(1)求放出部分水银后A
16、侧空气柱的长度；(2)此后再向B侧注入水银，使A、B两侧的水银面达到同一高度，求注入的水银在管内的长度。答案(1)12.0 cm(2)13.2 cm解析(1)以cmHg为压强单位。设A侧空气柱长度l10.0 cm时的压强为p；当两侧水银面的高度差为h110.0 cm时，设空气柱的长度为l1，压强为p1。由玻意耳定律得pl p1l1由力学平衡条件得pp0h打开开关K放出水银的过程中，B侧水银面处的压强始终为p0，而A侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小，直到B侧水银面低于A侧水银面h1为止。由力学平衡条件有p1p0h1联立式，并代入题给数据得l112.0 cm(2)当A、B两侧的水银面达到
17、同一高度时，设A侧空气柱的长度为l2，压强为p2。由玻意耳定律得plp2l2由力学平衡条件有p2 p0联立式，并代入题给数据得l210.4 cm设注入的水银在管内的长度为h，依题意得h 2(l1l2)h1联立式，并代入题给数据得h13.2 cm62015衡水一调如图所示蹦蹦球是一种儿童健身玩具，小明同学在17 的室内对蹦蹦球充气，已知此球的体积约为2 L，充气前的气压为1 atm，充气筒每次充入0.2 L的气体，忽略蹦蹦球体积变化及充气过程中气体温度的变化，求：(1)充气多少次可以让气体压强增大至3 atm；(2)室外温度达到了13 ，蹦蹦球拿到室外后，压强将变为多少？答案(1)20次(2)2
18、.7 atm解析(1)由理想气体状态方程p(VnV)p1V，解得n20(次)。(2)由理想气体状态方程解得p22.7 atm。 含气体实验定律与热力学第一定律的综合问题分析技巧2015兰州实战考试如图所示，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热气缸一端有一厚度可忽略的活塞，活塞未被锁定，可自由移动。气缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体，p0和T0分别为外界大气的压强和温度。已知：气体内能U与温度T的关系为UaT，a为正的常量，容器内气体的所有变化过程都是缓慢的，求：(1)活塞刚要离开气缸左端时气体的温度T1；(2)气缸内气体与外界大气达到平衡时的体积V1；(3)整个过程中气缸内气体
19、放出的热量Q。答案(1)2T0(2)(3)1.4aT0解析(1)从开始到活塞刚要离开气缸左端的过程中，气体体积不变，压强由p1.2p0下降到p0，温度由T2.4T0变为T1，由查理定律得，解得T12T0。(2)气缸内气体与外界达到平衡时，气体压强仍为p0，气体的温度由T1变为T0，体积由V减小到V1，由盖吕萨克定律得，解得V1。(3)在整个过程中，气体内能的变化为Ua(T0T)，在活塞右移的过程中，活塞对气体做的功为Wp0(VV1)，由热力学第一定律UWQ，可得放出的热量Q放1.4aT0。气体实验定律与热力学第一定律的特点(1)气体有三大实验定律：玻意耳定律、查理定律、盖吕萨克定律；(2)气体
20、实验定律适用于理想气体；(3)气体状态变化时总伴随有做功、热传递和内能变化的问题，可由热力学第一定律确定三者间的关系。解答气体实验定律与热力学定律问题的易错点(1)气体实验定律的研究对象是一定质量的理想气体，解决变质量的问题时易犯的错误是，没有把变质量的问题转化成一定质量的问题就利用实验定律解题；(2)易混淆热力学第一定律UWQ中各物理量的正负取值问题。气体实验定律和热力学第一定律的分析思路(1)状态分析：分析一定质量理想气体的初末状态参量，由气体实验定律列方程；(2)做功分析：分析气体状态变化过程是外界对气体做功，还是气体对外界做功；(3)功能关系分析：分析U、W、Q的正负，应用热力学第一定
21、律列方程。 1.2015课标全国卷(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是()A温度越高，扩散进行得越快B扩散现象是不同物质间的一种化学反应C扩散现象是由物质分子无规则运动产生的D扩散现象在气体、液体和固体中都能发生E液体中的扩散现象是由液体的对流形成的答案ACD解析温度越高，分子的热运动越剧烈，扩散进行得越快，选项A、C正确；扩散现象是一种物理现象，不是化学反应，选项B错误；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，选项D正确；液体中的扩散现象是由液体分子的无规则运动而产生的，选项E错误。22015课标全国卷(多选)下列说法正确的是()A将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体B固体可以分为晶体和非
22、晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质C由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体D在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体E在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变答案BCD解析晶体，无论体积大小，都是晶体。将一块晶体敲碎后，得到的颗粒仍然是晶体，选项A错误；晶体由于空间点阵结构的不同，在不同的方向上有不同的光学性质，选项B正确；由同种元素构成的固体，例如碳元素，由于原子排列方式不同，可能构成石墨，也可能构成金刚石，选项C正确；在合适的条件下，某些晶体可以转变成非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体。例如天然水晶是晶
23、体，熔化后再凝固成石英玻璃就是非晶体，选项D正确；在熔化过程中，晶体吸收热量，但是温度保持不变，只是分子平均动能保持不变，而分子势能要增加，内能要增加，选项E错误。32015北京高考下列说法正确的是()A物体放出热量，其内能一定减小B物体对外做功，其内能一定减小C物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变答案C解析由热力学第一定律UWQ可知，若物体放出热量，但外界对物体做正功，则U不一定为负值，即内能不一定减少，故A项错误；同理可分析出，B项和D项错误，C项正确。4. 2015广东高考(多选)如图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一
24、定体积的空气，内筒中有水。在水加热升温的过程中，被封闭的空气()A内能增大B压强增大C分子间引力和斥力都减小D所有分子运动速率都增大答案AB解析由于被封闭的空气的质量是一定的，因此在水加热的过程中，通过热传递，空气的温度升高，内能增大，A项正确；由于被封闭的空气的体积不变，由C可知，空气的温度升高时，压强增大，B项正确；由于气体分子是做杂乱无章的运动的，因此分子间的距离时而变大，时而变小，分子间的引力与斥力时而变小，时而变大，C项错误；气体温度升高，气体分子的平均速率增大，而不是所有气体分子的速率都变大，D项错误。5. 2015课标全国卷如图，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒
25、中各有一个活塞。已知大活塞的质量为m12.50 kg，横截面积为S180.0 cm2；小活塞的质量为m21.50 kg，横截面积为S240.0 cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l40.0 cm；汽缸外大气的压强为p1.00105 Pa，温度为T303 K。初始时大活塞与大圆筒底部相距，两活塞间封闭气体的温度为T1495 K。现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移。忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10 m/s2。求：(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，缸内封闭气体的温度；(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强。答案(1)330 K(2)1.01
26、105 Pa解析(1)设初始时气体体积为V1，在大活塞与大圆筒底部刚接触时，缸内封闭气体的体积为V2，温度为T2。由题给条件得V1S2(l)S1()V2S2l在活塞缓慢下移的过程中，用p1表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得S1(p1p)m1gm2gS2(p1p)故缸内气体的压强不变。由盖吕萨克定律有联立式并代入题给数据得T2330 K(2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时，被封闭气体的压强为p1。在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中，被封闭气体的体积不变。设达到热平衡时被封闭气体的压强为p，由查理定律，有联立式并代入题给数据得p1.01105 Pa 1.2015南昌一模(多选)关于物体的内能，以
27、下说法中正确的是()A物体吸收热量，内能一定增大B物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少C物体体积改变，内能可能不变D不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功E质量相同的0 水的内能比0 冰的内能大答案BCE解析影响物体内能变化的因素有做功和热传递，物体吸收热量，不知做功情况，内能变化不确定，A选项是错误的。由UWQ，对外做功W取负，外界对物体做功W取正，吸热Q取正，放热Q取负，U为正时，物体内能增加，U为负时，物体内能减少，B选项是正确的。当物体的体积改变时，就有做功情况存在，但热传递情况不确定，所以内能可能不变，C选项正确。可以从单一热源吸收热量并完全变为功，但肯定要引起外界变化，D选项
28、错误。质量相同的0 水的分子势能比0 冰的分子势能大，分子动能一样，所以水的内能大，E选项正确。22015唐山一模(多选)下列说法正确的是()A.液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的光学各向异性特征B第二类永动机违反了能量守恒定律，所以它是制造不出来的C一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热D悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动越明显E空气的相对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示答案ACD解析液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的光学各向异性的特征，A选项是正确的。第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反能量守恒定律，B选项是错误的。一定质量的理想气体，如果压强不变，体
29、积增大，温度一定升高，又因为体积增大，气体对外做功，它一定从外界吸热才行，C选项是正确的。悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动越明显，D选项正确。空气的相对湿度是在某一温度下，空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比来表示，E选项是错误的。32015沈阳质监(多选)下列说法正确的是()A单晶体冰糖磨碎后熔点不会发生变化B足球充足气后很难压缩，是足球内气体分子间斥力作用的结果C一定质量的理想气体经过等容过程，吸收热量，其内能一定增加D自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的E一定质量的理想气体保持体积不变，单位体积内分子数不变，虽然温度升高，单位时间内撞击单位面积上的分子数不变答案ACD解析冰糖磨碎不改变其微观结构，仍是晶体，所以不改变其熔点，A项正确；足球充足气后很难被压缩，是压强作用的效果，不是分子斥力的作用，B项错误；等容过程中，由气体实验定律和热力学第一定律可知，吸收热量其内能一定增大，C项正确；由热力学第二定律(熵增加原理)可知，D项正确；由理想气体状态方程可知，气体体积不变，温度升高，压强一定增大，由压强的微观解释可知，单位体积内分子数不变，但由于温度升高，分子平均动能增大，故单位时间内撞击在单位面积上的分子数一定增大，E项错。42015
