1)分子模型
首先,可以把单个分子看做一个立方体,也可以看做是一个小球。通常情况下把分子看做小球,是对分子的简化模型。实际上,分子有着复杂的内部结构,并不真的都是小球。
其次,不同的物质形态其分子的排布也有区别,任何物质的分子间都有空隙。对固体和液体而言,分子间空隙比较小,我们通常认为分子是一个挨着一个排列的,而忽略其空隙的大小。
(2)用油膜法估测分子的大小
估测分子的大小通常采用油膜法。具体方法见课本。最后根据1滴油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜的厚度( ),即油酸分子的尺寸。其线度的数量级为 。用不同的方法估测分子的大小。用不同的方法测出的分子大小并不完全相同,但是数量级是一致的。除了一些高分子有机物之外,一般分子直径的数量级约为 。
2.阿伏加德罗常数
阿伏加德罗常数用 表示, 。它是微观世界的—个重要常数,是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁,应该理解它的意义。
(1)已知固体和液体(气体不适用)的摩尔体积vmol和一个分子的体积v,则NA= ;反之亦可估算分子的大小。
(2)已知物质(所有物质,无论液体、固体还是气体均适用)的摩尔质量M和一个分子的质量m,求NA= ;反之亦可估算分子的质量。
(3)已知固体和液体(气体不适用)的体积V和摩尔体积vmol,则物质的分子数n= NA= NA.其中ρ是物质的密度,M是物质的质量。
(4)已知物质(所有物质,无论液体、固体还是气体均适用)的质量和摩尔质量,则物质的分子数 n= NA.
典例探究
例1、将 的油酸溶于酒精,制成 的油酸酒精溶液,已知 的溶液有50滴,现取1滴油酸酒精溶液滴到水面上,随着酒精溶于水,油酸在水面上形成一单分子薄层,已测出这一薄层的面积为 ,由此可估测油酸分子的直径为多少?
解析:1 cm3油酸酒精溶液中油酸的体积V= ×10-6 m3,1滴油酸酒精溶液中油酸体积V油酸=V/50= m3,则油酸分子的直径d= m=5×10-10 m。
例2、水的分子量是18,水的密度 ,阿伏加德罗常数 ,则(1)水的摩尔质量M=________ 或M=______ ;(2)水的摩尔体积V=________ ;(3)一个水分子的质量m=_________kg;(4)一个水分子的体积V′=__________ ;(5)将水分子看做是个球体,水分子的直径d=________m,一般分子直径的数量级都是___________m。
解析:(1)某种物质的摩尔质量用“ ”做单位时,其数值与该物质的原子量相同,所以水的摩尔质量 。如果摩尔质量用国际单位制的单位“ ”,就要换算成 。
(2)水的摩尔体积V 。
(3)一个水分子的质量 。
(4)一个水分子的体积 。
(5)将水分子视为理想球体就有: ,水分子直径为 这里的“ ”称为数量级,一般分子直径的数量级就是这个值。
例3 已知金刚石的密度为ρ=3.5×103 kg/m3,现有一块体积为4.0×10-8m3的一小块金刚石,它含有多少个碳原子?假如金刚石中的碳原子是紧密地挨在一起,试估算碳原子的直径?(保留两位有效数字)
解析:先求这块金刚石的质量
m=ρV=3.5×103×4.0×10-8 kg=1.4×10-4 kg
这块金刚石的物质的量
n= mol=1.17×10-2 mol
这块金刚石所含的碳原子数
n′=nNA=1.17×10-2×6.02×1023个=7.0×1021个
一个碳原子的体积为
V0= m3=5.7×10-30 m3。
把金刚石中的碳原子看成球体,则由公式V0= d3可得碳原子直径为
d= m=2.2×10-10 m
例4、在标准状况下,水蒸气的摩尔体积是 ,则水蒸气分子的平均间距约是水分子直径的( )倍。
A.1倍 B.10倍
C.100倍 D.1000倍
解析:水蒸气是气体,在标准状况下的摩尔体积是 ,每个水分子所占体积(包括水分子和它的周围空间的体积)为
把每个分子和它所占空间看成一个小立方体,分子间距等于每个立方体的边长,即
水的摩尔体积
,一个水分子的体积为 ,把水分子看成球形,其直径为
答案:B。