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实习教案一物体是由大量分子组成的

【作者:王教员,编号59735 点击数:4896 更新时间:2013-12-15

教学过程


一、引入


     同学们,在此之前我们研究的都是力学的内容,从这节课我们开始学习热学。其实,大家在初中已经接触到了热学,那么大家在初中都学了关于热学的哪些知识呢?学生:温度、扩散现象等等。这些知识我们基本上都是从宏观的角度研究的,但是到了高中,热学基本上分两个角度从微观角度和从热能角度研究,从微观角度来说主要就是分子动理论:物体是由大量分子组成,分子永不停息的在作无规则运动,分子间具有相互作用力。今天我们就来探讨第一节物体是由大量分子组成的。 

  
      在古希腊有这么一位哲学家,德谟克利特,他就在思考世间万物之间有什么共同之处呢,渐渐地他发现所有事物的产生就是原子的结合,也就是说,认为一切物质都是由不可分割的小微粒原子构成的。其实,在化学中我们知道原子是组成物体的最小微粒,那么我们为什么说物体是由大量分子组成的呢?原因就在于我们主要研究的是微粒的运动规律,不区分它们在化学变化当中不同作用,所以我们将原子、离子、分子这些构成物体的微粒统称为分子。    那么组成物体的分子到底多大呢?到底是多少呢?首先,我们先来研究第一个问题分子的大小。


二、  分子的大小    


     大家都知道分子很小,用肉眼观察不到,我们可以借助其他手段来观察它,这时同学可能会想到光学显微镜,但其实观察不到。现今的科技水平,我们可以通过扫描隧道显微镜来观察分子的排列情况。老师这有一组图片,就是在扫描隧道显微镜下拍摄的将人手放大到纳米级别的图片。(展示图片)那么,分子到底有多小,我们怎么去测量它的大小呢?如果老师给你一个绿豆,你怎么测量它的大小?我们可以用一把绿豆,用量筒测量它们的体积,之后铺平(铺成矩形)测量它们的面积,二者相比就是绿豆的直径。如果我们将绿豆换成油酸分子呢?我们可以用这种方法测量油酸分子的大小么?当然可以,书上就为我们具体的介绍了这个方法,就是油膜法估测分子的大小。   

 

      现在大家翻开书第二页,自己阅读这个实验主要内容,并在阅读中思考实验的原理,具体做法,有哪些理想化的处理。(学生回答)实验原理:油膜厚度(d)就是一滴油酸的体积(V)与水面上油膜面积(S)之比。即d=V/S(视频播放)具体做法:把一滴油酸滴到水面上,油酸在水面上散开形成单分子油膜,如果把分子看成球形,单分子油膜的厚度就可认为等于油膜分子的直径。单分子油膜的形成原因主要是油酸分子式为C17H33COOH,其中羧基具有亲水性,而羟基对水没有亲和力而冒出水面,因此,油酸分子会一个个地直立在水面上形成单分子油膜。至于单分子油膜厚度为什么可以看成是油酸分子直径,视频播放加讲解。理想化处理:薄膜由单层的分子组成(其实,我们滴入到水面上的薄膜不一定是单层的,它也有摞在一起的可能性所以我们将薄膜理想化为单层的)、油酸分子简化为球形(油酸分子的结构还是很复杂的,我们为了简便地理解与测量,所以简化为球形),分子间无间隙(这是为了大家能够对实验原理更容易理解,其实油酸分子之间是有间隙的,只不过间隙的大小远小于分子直径的大小,所以我们这样简化)。

 

      除此之外,老师还有一个要强调,本实验获取薄膜面积时,我们需要数薄膜轮廓包含的小方块,此时我们需要遵循互补法,不足半个舍去,多余半个算一个的方法。现在我们就可以用一个现成的图来练习一下。同学们现在已经基本上了解油膜法估测分子大小,在课下大家再仔细阅读一下它的具体步骤,不懂的可以来问我。接着,我们通过一道例题来巩固一下油膜法的实验原理的理解。在做“油膜法估测分子大小”实验时,每104ml油酸酒精溶液中有纯油酸6ml.用注射器测得75滴这样的溶液为1ml。把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘里,得到油膜轮廓。a.一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少b.油酸膜的面积c.按以上数据,估算油酸分子的大小通过计算,得到的油酸分子大小的数量级在10-10m。经过长期的测量表明,除了一些有机物质的大分子,多数分子大小的数量级为10-10m。对于数量级:一些数据太大或很小,为了书写方便,习惯上用科学记数法写成10的乘方数,如3×10-10m。我们把10的乘方数叫做数量级,1×10-10m和9×10-10m,数量级都是10-10m。在此说明一下。   本实验,我们将油酸分子看成球形,当然其他固体液体分子也可以看成球形;不仅如此,固体液体也可以看成是立方体模型。

三、过渡


    现在我们解决了第一个问题,分子的大小?那么组成物体的分子到底是多少呢?一个小昆虫吸的那么一滴极小的水滴,里面包含的水分子数就相当于全球60亿人口数的好几倍。这是多么大的量?我们现在开始定量的解决这个问题,为此需要引入一个常数,阿伏加德罗常数。


四、阿伏加德罗常数   


     在化学课中大家都学过,阿伏加德罗常数就是1mol任何物质所含的分子数。现在告诉大家1mol水的体积是1.8×10-5m3,每个水分子的直径是4×10-10m。那么请你估算一下1mol水所含分子数是多少,和我们在化学课中得知的阿伏加德罗相比较。       

      解:所需数据1mol水的体积:1.8×10-5m3,一个分子的体积3×10-29m3       1mol水所含的分子数通过估算,1mol水中所含分子数与化学中的阿伏加德罗常数是一致的,通常我们取为6.02×1023mol-1。阿伏加德罗作为宏观量与微观量之间的桥梁,在微观量方面有着重要的作用,下面我们就就将它应用到实际的问题当中去。水的分子量18,水的密度为103kg/m3,阿伏加德罗常数为NA=6.02×1023个/ mol,则:1.水的摩尔质量2.水的摩尔体积3.一个水分子的质量4.一个水分子的体积5.10g水中含有的分子数对于气体分子来说,气体分子之间的距离远大于分子直径,因此把气体分子看成一个小个立方体,其直径为       ,如果气体分子位于模型的中心,那么两分子间距离也为d,强调标况下气体分子摩尔体积为22.4g/cm3。      

 

      本节课,我们学会了用油膜法估测分子大小,这种由宏观量测微观量的方法,测得分子大小的数量级在10-10m,说明分子很微小;我们还知道1mol物质所含该物质分子数大约为6.02×1023个,说明物质所含分子数有很多很多。因此我们得到一个结论:物质是由大量微小分子组成的。   

 

      补:本节课还有些时间,大家自己阅读教材上本节的内容或是看看油膜法实验的视频,或是做一做习题,不明白的互相讨论一下。

延伸阅读

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