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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題六 選考部分 第13講 分子動(dòng)理論 氣體及熱力學(xué)定律提升訓(xùn)練 1.(xx蘇北四市高三調(diào)研)(1)下列說法中正確的是________。 A.空氣中PM2.5的運(yùn)動(dòng)屬于分子熱運(yùn)動(dòng) 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(xué)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(zhì)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(qiáng)保持不變。當(dāng)氣體的溫度升高時(shí)，氣體體積__________(選填“增大”、“減小”或“不變”)，從微觀角度看，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是__________________________。 圖1 (3)某壓力鍋結(jié)構(gòu)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(shí)鍋內(nèi)氣體的體積為V、摩爾體積為V0，阿伏加德羅常數(shù)為NA，計(jì)算鍋內(nèi)氣體的分子數(shù)； ②在壓力閥被頂起后，停止加熱。假設(shè)放氣過程中氣體對(duì)外界做功為W0，并向外界釋放了Q0的熱量。求該過程鍋內(nèi)原有氣體內(nèi)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(yùn)動(dòng)是由于來自空氣分子的各個(gè)方向的撞擊不平衡所引起的，屬于布朗運(yùn)動(dòng)，不屬于分子熱運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)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(shì)，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(xué)性質(zhì)隨溫度、所加電場(chǎng)、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(xué)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(shí)線所示，可見D錯(cuò)誤。 (2)由題意知?dú)怏w發(fā)生等壓變化，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)大小取決于氣體分子的平均動(dòng)能、單位體積內(nèi)分子數(shù)(即數(shù)密度)，溫度升高時(shí)分子平均動(dòng)能增大，所以單位體積內(nèi)分子數(shù)就得減小，則氣體的體積增大。 (3)①物質(zhì)的量等于總體積除以摩爾體積，分子數(shù)等于物質(zhì)的量與阿伏加德羅常數(shù)的積， 設(shè)分子數(shù)為n，故有：n＝NA ②由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q得：ΔU＝－W0－Q0 答案　(1)BC　(2)增大；溫度升高時(shí)，分子平均動(dòng)能增大，只有氣體的體積同時(shí)增大使分子的密集程度減小，才能保持壓強(qiáng)不變。 (3)①NA?、冢璚0－Q0 2.(xx南通市、揚(yáng)州市、泰州市、宿遷市高三第二次調(diào)研)(1)下列說法中正確的是________。 A.擴(kuò)散現(xiàn)象只能發(fā)生在氣體和液體中 B.巖鹽是立方體結(jié)構(gòu)，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(zhì)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(duì)較少 D.從微觀角度看，氣體壓強(qiáng)只與分子平均動(dòng)能有關(guān) (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(kuò)散，最終達(dá)到平衡。這個(gè)過程叫作絕熱自由膨脹。膨脹后，氣體的壓強(qiáng)________(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(shí)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(huì)膨脹，達(dá)到極限體積時(shí)爆炸。已知地面的大氣壓強(qiáng)為750 mmHg(毫米汞柱)，大氣壓強(qiáng)隨海拔的變化規(guī)律是：每升高12 m，大氣壓強(qiáng)減小1 mmHg。假定在氣球上升高度內(nèi)大氣溫度是恒定的，氣球內(nèi)外壓強(qiáng)相等，求： ①氣球達(dá)到極限體積時(shí)氣體的壓強(qiáng)； 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(huì)擴(kuò)散到鉛片中，鉛也會(huì)擴(kuò)散到金片中，說明擴(kuò)散現(xiàn)象也能發(fā)生在固體中，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；粉碎后巖鹽的晶體結(jié)構(gòu)沒有被破壞，仍然是晶體，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；氫分子質(zhì)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(duì)較少，選項(xiàng)C正確；從微觀角度看，氣體壓強(qiáng)取決于單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)目和氣體分子的平均動(dòng)能，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 (2)因?yàn)槿萜鹘^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(duì)環(huán)境做功，即W＝0，據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，氣體的內(nèi)能不變，即氣體的溫度不變；從微觀角度看，氣體壓強(qiáng)取決于單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)目和氣體分子的平均動(dòng)能，自由膨脹前后，氣體的溫度不變，故氣體分子的平均動(dòng)能不變，但由于氣體體積增大，導(dǎo)致單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)目減少，故氣體壓強(qiáng)變小。 (3)①設(shè)極限體積時(shí)氣體的壓強(qiáng)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(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和叫做物體的內(nèi)能 C.熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t的關(guān)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(zhì)量理想氣體的壓強(qiáng)p與體積V的關(guān)系圖象，它由狀態(tài)A經(jīng)等容過程到狀態(tài)B，再經(jīng)等壓過程到狀態(tài)C。設(shè)A、B、C狀態(tài)對(duì)應(yīng)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(jì)算在標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)狀況下摩爾體積V0＝22.410－3m3。(計(jì)算結(jié)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(xiàng)錯(cuò)誤；物體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和勢(shì)能的總和叫做物體的內(nèi)能，B項(xiàng)錯(cuò)誤；熱力溫度T與攝氏溫度t的關(guān)系為t＝T－273.15，C項(xiàng)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(xiàng)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(nèi)能增大，氣體膨脹對(duì)外做功，由熱力學(xué)第一定律知，氣體吸熱。 (3)分子數(shù)N＝NA＝6.01023個(gè)＝31027個(gè) 答案　(1)CD　(2)　吸　(3)31027個(gè) 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(zhuǎn)化 B.布朗運(yùn)動(dòng)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(dòng)能增大 D.油膜法測(cè)定油酸分子直徑時(shí)，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(nèi)有________個(gè)空氣分子，空氣分子間的平均距離為________。 (3)如圖5所示的導(dǎo)熱汽缸固定于水平面上，缸內(nèi)用活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，外界大氣壓強(qiáng)保持不變?，F(xiàn)使汽缸內(nèi)氣體溫度從27 ℃緩慢升高到87 ℃，此過程中氣體對(duì)活塞做功240 J，內(nèi)能增加了60 J?；钊c汽缸間無摩擦、不漏氣，且不計(jì)氣體的重力，活塞可以緩慢自由滑動(dòng)。求： 圖5 ①缸內(nèi)氣體從外界吸收了多少熱量？ ②升溫后缸內(nèi)氣體體積是升溫前氣體體積的多少倍？ 解析　(3)①由熱力學(xué)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?、?.2 5.(1)下列說法正確的是________。 A.同種物質(zhì)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(shí)，分子勢(shì)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(yùn)動(dòng)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(zhì)量為M，阿伏加德羅常數(shù)為NA，在海面處容器內(nèi)二氧化碳?xì)怏w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(shí)驗(yàn)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(nèi)二氧化碳?xì)怏w全部變成硬膠體后體積約為________。 (3)如圖6所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，內(nèi)能增加了10 J。已知該氣體在狀態(tài)A時(shí)的體積為1.010－3 m3。求： 圖6 ①該氣體在狀態(tài)B時(shí)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(gè)過程外界對(duì)氣體做功為W＝－pΔV＝－11050.210－3 J＝－20 J 根據(jù)熱力學(xué)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　②吸收30 J的熱量 6.(xx南京市高三質(zhì)量檢測(cè))以下說法中正確的是________。 A.系統(tǒng)在吸收熱量時(shí)內(nèi)能一定增加 B.懸浮在空氣中做布朗運(yùn)動(dòng)的PM2.5微粒，氣溫越高，運(yùn)動(dòng)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(shí)間內(nèi)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(qiáng)加倍 D.用力拉鐵棒的兩端，鐵棒沒有斷，說明此時(shí)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(zhì)量為1.810－2 kg/mol 。則2 g水分解后得到氫氣分子總數(shù)________個(gè)；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(zhì)量理想氣體經(jīng)歷如圖7所示的A→B、B→C、C→A三個(gè)變化過程，TA＝300 K，氣體從C→A的過程中做功為100 J，同時(shí)吸熱250 J，已知?dú)怏w的內(nèi)能與溫度成正比。求： 圖7 ①氣體處于C狀態(tài)時(shí)的溫度TC； ②氣體處于C狀態(tài)時(shí)內(nèi)能UC。 解析　(1)改變物體的內(nèi)能有兩種途徑，做功和熱傳遞，A項(xiàng)錯(cuò)誤；氣溫越高，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈，B項(xiàng)正確；封閉容器中的理想氣體，若溫度不變，則分子的平均動(dòng)能不變，體積減半，單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)加倍，則單位時(shí)間內(nèi)氣體分子在容器壁單位面上碰撞的次數(shù)加倍，氣體壓強(qiáng)加倍，C項(xiàng)對(duì)，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(duì)外表現(xiàn)為引力，D項(xiàng)錯(cuò)。 (2)2 g水的分子數(shù)N＝NA＝6.021023個(gè)＝6.71022個(gè) 氫氣燃燒所放出的能量E＝E0＝2.858105 J＝3.2104 J (3)①對(duì)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(duì)氣體由熱力學(xué)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?、?50 J