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2019-2020年高考物理一輪復習 專題六 選考部分 第13講 分子動理論 氣體及熱力學定律提升訓練 1.(xx蘇北四市高三調研)(1)下列說法中正確的是________。 A.空氣中PM2.5的運動屬于分子熱運動 B.露珠成球形是由于液體表面張力的作用 C.液晶顯示屏是利用液晶的光學各向異性制成的 D.分子間相互作用力隨著分子間距離的增大而減小 (2)如圖1所示，一定質量的理想氣體被活塞密封在一容器中，活塞與容器壁間無摩擦，外界大氣壓強保持不變。當氣體的溫度升高時，氣體體積__________(選填“增大”、“減小”或“不變”)，從微觀角度看，產生這種現(xiàn)象的原因是__________________________。 圖1 (3)某壓力鍋結構如圖2所示。蓋好密封鍋蓋，將壓力閥套在出氣孔上，給壓力鍋加熱。 圖2 ①在壓力閥被頂起前，停止加熱。若此時鍋內氣體的體積為V、摩爾體積為V0，阿伏加德羅常數(shù)為NA，計算鍋內氣體的分子數(shù)； ②在壓力閥被頂起后，停止加熱。假設放氣過程中氣體對外界做功為W0，并向外界釋放了Q0的熱量。求該過程鍋內原有氣體內能的變化量。 解析　(1)空氣中PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，其運動是由于來自空氣分子的各個方向的撞擊不平衡所引起的，屬于布朗運動，不屬于分子熱運動，故A錯誤；液體表面的分子的距離r>r0，分子力表現(xiàn)為引力，即有縮小到最小面積的趨勢，液體的表面層就像張緊的橡皮膜而表現(xiàn)出表面張力，宏觀上表現(xiàn)為液體表面張力，故B正確；液晶的光學性質隨溫度、所加電場、所加電壓的變化而變化，液晶顯示屏就是利用液晶的這種光學各向異性制成的，故C正確；分子間相互作用力隨著分子間距離的變化如圖中實線所示，可見D錯誤。 (2)由題意知氣體發(fā)生等壓變化，一定質量的氣體壓強大小取決于氣體分子的平均動能、單位體積內分子數(shù)(即數(shù)密度)，溫度升高時分子平均動能增大，所以單位體積內分子數(shù)就得減小，則氣體的體積增大。 (3)①物質的量等于總體積除以摩爾體積，分子數(shù)等于物質的量與阿伏加德羅常數(shù)的積， 設分子數(shù)為n，故有：n＝NA ②由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q得：ΔU＝－W0－Q0 答案　(1)BC　(2)增大；溫度升高時，分子平均動能增大，只有氣體的體積同時增大使分子的密集程度減小，才能保持壓強不變。 (3)①NA?、冢璚0－Q0 2.(xx南通市、揚州市、泰州市、宿遷市高三第二次調研)(1)下列說法中正確的是________。 A.擴散現(xiàn)象只能發(fā)生在氣體和液體中 B.巖鹽是立方體結構，粉碎后的巖鹽不再是晶體 C.地球大氣的各種氣體分子中氫分子質量小，其平均速率較大，更容易掙脫地球吸引而逃逸，因此大氣中氫含量相對較少 D.從微觀角度看，氣體壓強只與分子平均動能有關 (2)如圖3所示，一隔板將絕熱容器分成容積相等的兩部分，左半部分充有理想氣體，右半部分是真空?，F(xiàn)抽去隔板，左室氣體向右室擴散，最終達到平衡。這個過程叫作絕熱自由膨脹。膨脹后，氣體的壓強________(填“變大”“變小”或“不變”)，溫度________(填“變大”“變小”或“不變”)。 圖3 (3)節(jié)日兒童玩耍的氫氣球充氣時只充到其極限體積的。將充好氣的氫氣球釋放，上升過程中，隨著大氣壓減小，氣球會膨脹，達到極限體積時爆炸。已知地面的大氣壓強為750 mmHg(毫米汞柱)，大氣壓強隨海拔的變化規(guī)律是：每升高12 m，大氣壓強減小1 mmHg。假定在氣球上升高度內大氣溫度是恒定的，氣球內外壓強相等，求： ①氣球達到極限體積時氣體的壓強； ②氣球能上升的最大高度。 解析　(1)把金片和鉛片壓在一起，金會擴散到鉛片中，鉛也會擴散到金片中，說明擴散現(xiàn)象也能發(fā)生在固體中，選項A錯誤；粉碎后巖鹽的晶體結構沒有被破壞，仍然是晶體，選項B錯誤；氫分子質量小，相同溫度條件下，其分子平均速率大，故氫氣更容易掙脫地球吸引而逃逸，所以大氣中氫含量相對較少，選項C正確；從微觀角度看，氣體壓強取決于單位體積內氣體分子的數(shù)目和氣體分子的平均動能，選項D錯誤。 (2)因為容器絕熱，故無熱交換，即Q＝0，氣體自由膨脹，不受外界阻礙，所以氣體不對環(huán)境做功，即W＝0，據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知，氣體的內能不變，即氣體的溫度不變；從微觀角度看，氣體壓強取決于單位體積內氣體分子的數(shù)目和氣體分子的平均動能，自由膨脹前后，氣體的溫度不變，故氣體分子的平均動能不變，但由于氣體體積增大，導致單位體積內氣體分子數(shù)目減少，故氣體壓強變小。 (3)①設極限體積時氣體的壓強為p1，由玻意耳定律有p0V0＝p1V1 代入數(shù)據(jù)解得p1＝p0＝675 mmHg ②氣球能上升的最大高度h＝(750－675)12 m＝900 m 答案　(1)C (2)變小　不變 (3)①675 mmHg?、?00 m 3.(1)下列說法正確的是________。 A.懸浮在液體中的微粒越小，受到液體分子的撞擊就越容易平衡 B.物體中所有分子的熱運動動能的總和叫做物體的內能 C.熱力學溫度T與攝氏溫度t的關系為t ＝T－273.15 D.液體表面的分子距離大于分子間的平衡距離，使得液面有表面張力 (2)圖4為一定質量理想氣體的壓強p與體積V的關系圖象，它由狀態(tài)A經等容過程到狀態(tài)B，再經等壓過程到狀態(tài)C。設A、B、C狀態(tài)對應的溫度分別為TA、TB、TC，則TA＝________TC。從狀態(tài)B到狀態(tài)C過程氣體________熱(填“吸”、“放”)。 圖4 (3)某教室的空間體積約為120m3。試計算在標準狀況下，教室里空氣分子數(shù)。已知：阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.01023mol－1，標準狀況下摩爾體積V0＝22.410－3m3。(計算結果保留一位有效數(shù)字) 解析　(1)懸浮在液體的微粒越小，受到液體分子的撞擊就越不易平衡，A項錯誤；物體中所有分子熱運動的動能和勢能的總和叫做物體的內能，B項錯誤；熱力溫度T與攝氏溫度t的關系為t＝T－273.15，C項正確；液體表面的分子距離大于分子間的平均距離，使得液體表面有表面張力，D項正確。 (2)從A→B狀態(tài)，由查理定律得＝① 從B→C狀態(tài)由蓋呂薩克定律得＝② 聯(lián)立①②式解得TA＝TC 由②式知TC＝3TB，則氣體的內能增大，氣體膨脹對外做功，由熱力學第一定律知，氣體吸熱。 (3)分子數(shù)N＝NA＝6.01023個＝31027個 答案　(1)CD　(2)　吸　(3)31027個 4.(1)下列說法正確的是________。 A.晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉化 B.布朗運動是由于液體分子撞擊的不平衡引起的 C.0 ℃的冰融化成0 ℃的水的過程中，分子平均動能增大 D.油膜法測定油酸分子直徑時，用一滴油酸酒精溶液的體積除以油膜的面積就得到油酸分子的直徑 (2)某冰箱冷藏室容積為V，已知此狀態(tài)下空氣的摩爾體積為Vmol，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則該冷藏室內有________個空氣分子，空氣分子間的平均距離為________。 (3)如圖5所示的導熱汽缸固定于水平面上，缸內用活塞密封一定質量的理想氣體，外界大氣壓強保持不變。現(xiàn)使汽缸內氣體溫度從27 ℃緩慢升高到87 ℃，此過程中氣體對活塞做功240 J，內能增加了60 J。活塞與汽缸間無摩擦、不漏氣，且不計氣體的重力，活塞可以緩慢自由滑動。求： 圖5 ①缸內氣體從外界吸收了多少熱量？ ②升溫后缸內氣體體積是升溫前氣體體積的多少倍？ 解析　(3)①由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q Q＝ΔU－W＝60 J－(－240 J)＝300 J ②＝＝＝1.2。 答案　(1)AB　(2)　　(3)①300 J　②1.2 5.(1)下列說法正確的是________。 A.同種物質可能以晶體或非晶體兩種形態(tài)出現(xiàn) B.冰融化為同溫度的水時，分子勢能增加 C.分子間引力隨距離增大而減小，而斥力隨距離增大而增大 D.大量分子做無規(guī)則運動的速率有大有小，所以分子速率分布沒有規(guī)律 (2)已知二氧化碳摩爾質量為M，阿伏加德羅常數(shù)為NA，在海面處容器內二氧化碳氣體的密度為ρ?，F(xiàn)有該狀態(tài)下體積為V的二氧化碳，則含有的分子數(shù)為________。實驗表明，在2 500 m深海中，二氧化碳濃縮成近似固體的硬膠體。將二氧化碳分子看作直徑為D的球，則該容器內二氧化碳氣體全部變成硬膠體后體積約為________。 (3)如圖6所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，內能增加了10 J。已知該氣體在狀態(tài)A時的體積為1.010－3 m3。求： 圖6 ①該氣體在狀態(tài)B時的體積； ②該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程中，氣體與外界傳遞的熱量。 解析　(3)①氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B是等壓變化，有＝， 代入得：VB＝1.210－3 m3。 ②從狀態(tài)A到狀態(tài)B是等壓變化，整個過程外界對氣體做功為W＝－pΔV＝－11050.210－3 J＝－20 J 根據(jù)熱力學第一定律得ΔU＝Q＋W， 代入數(shù)據(jù)得：Q＝30 J 故氣體從外界吸收了30 J熱量。 答案　(1)AB　(2)NA　　(3)①1.210－3m3?、谖?0 J的熱量 6.(xx南京市高三質量檢測)以下說法中正確的是________。 A.系統(tǒng)在吸收熱量時內能一定增加 B.懸浮在空氣中做布朗運動的PM2.5微粒，氣溫越高，運動越劇烈 C.封閉容器中的理想氣體，若溫度不變，體積減半，則單位時間內氣體分子在容器壁單位面積上碰撞的次數(shù)加倍，氣體的壓強加倍 D.用力拉鐵棒的兩端，鐵棒沒有斷，說明此時分子間只存在引力而不存在斥力 (2)常溫水中用氧化鈦晶體和鉑黑作電極，在太陽光照射下分解水，可以從兩電極上分別獲得氫氣和氧氣。已知分解1 mol的水可得到1 mol氫氣，1 mol氫氣完全燃燒可以放出2.858 105 J的能量，阿伏加德羅常數(shù)NA ＝ 6.021023mol－1，水的摩爾質量為1.810－2 kg/mol 。則2 g水分解后得到氫氣分子總數(shù)________個；2 g水分解后得到的氫氣完全燃燒所放出的能量________J。(均保留兩位有效數(shù)字) (3)一定質量理想氣體經歷如圖7所示的A→B、B→C、C→A三個變化過程，TA＝300 K，氣體從C→A的過程中做功為100 J，同時吸熱250 J，已知氣體的內能與溫度成正比。求： 圖7 ①氣體處于C狀態(tài)時的溫度TC； ②氣體處于C狀態(tài)時內能UC。 解析　(1)改變物體的內能有兩種途徑，做功和熱傳遞，A項錯誤；氣溫越高，布朗運動越劇烈，B項正確；封閉容器中的理想氣體，若溫度不變，則分子的平均動能不變，體積減半，單位體積內氣體分子數(shù)加倍，則單位時間內氣體分子在容器壁單位面上碰撞的次數(shù)加倍，氣體壓強加倍，C項對，用力拉鐵棒的兩端，鐵棒沒有斷，說明分子間的引力大于斥力，對外表現(xiàn)為引力，D項錯。 (2)2 g水的分子數(shù)N＝NA＝6.021023個＝6.71022個 氫氣燃燒所放出的能量E＝E0＝2.858105 J＝3.2104 J (3)①對氣體從A到C由蓋呂薩克定律得＝① 解得C狀態(tài)的溫度TC＝TA＝150 K② ②從C到A對氣體由熱力學第一定律得 UA－UC＝Q＋W＝250 J－100 J＝150 J③ 由題意得＝④ 聯(lián)立②③④式解得UC＝150 J 答案　(1)BC　(2)6.71022　3.2104　(3)①150 K　②150 J