实验九用油膜法估测分子大小

实验九用油膜法估测分子大小

第一关：基础关展望高考

基 础 知 识

(一)实验目的

1.会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积;

2.计算分子的大小.

(二)实验原理

利用油酸的酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜,将油酸分子看作球形,测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积,用d=V/S计算出油膜的厚度.这个厚度就近似等于油酸分子的直径.（如图）

（三）实验器材

配制好的油酸酒精溶液、浅盘、痱子粉(或石膏粉)\,注射器\,量筒\,玻璃板\,彩笔\,铅笔\,坐标纸.

(四)实验步骤

1.测一滴油酸酒精溶液中油酸的体积

用注射器取出事先按一定比例配制好的油酸酒精溶液,缓缓推动活塞使溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内增加一定体积(如x mL）时的滴数n,算出一滴油酸酒精溶液的体积

V′=xn mL.

再根据油酸酒精溶液中油酸的体积比η,算出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积V=V′η.

2.形成油膜

在浅盘中倒入约2 cm深的水,然后将痱子粉均匀地撒在水面上,再用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,一会儿就会在水面上形成一层形状不规则的油酸薄膜.

3.测油酸薄膜的面积 待油酸薄膜稳定后,将玻璃板平放在浅盘上,然后用彩笔将油膜的形状画在玻璃板上.

将画有油膜形状的玻璃板放在坐标纸上,数出油膜的格数,算出油膜的面积S(以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位,数轮廓内正方形个数时,不足半个的舍去,多于半个的算一个).

4.估算出油酸分子的大小

根据测出的一滴油酸酒精溶液里油酸分子的体积V和油酸薄膜的面积S,可求出油膜的厚度l,则l可看作油酸分子的直径d.

即d=l=VS.

第二关：技法关解读高考

解 题 技 法

一、理想化模型

技法讲解

用油膜法测定分子大小，是利用简化模型把分子看做了小球,实际上,分子有着复杂的内部结构,并不是真的是小球,小球是其理想化的模型,这是研究物理问题的重要思想方法.即将复杂的物理过程\,物理现象中最本质\,具有共性的东西抽象出来,将其理想化\,模型化,略去其次要因素和条件,研究其基本规律,但在运用时要注意其规律的适用范围和运用前提.

典例剖析

例1用油膜法测分子大小时要满足的理想化的条件是（）

A.把在水面上尽可能充分散开的油膜视为单分子油膜

B.把形成单分子油膜的分子看作紧密排列的球形分子

C.将油膜视为单分子油膜,但需考虑分子间隙

D.将单分子视为立方体模型

解析：依据(油膜法测量分子直径的)实验方法可知:将体积为V的油膜液滴滴在水平面上,形成面积为S的油膜,则可以估算出油酸分子的直径为d=VS,显然,是将油酸分子视为球状模型,且将油膜视为单分子油膜.而公式d=VS中,并没有将分子间隙所占体积除外,显然是把单分子油膜的分子看作紧密排列的球形分子.故本题的正确选项应为A\,B.

答案：AB

二、数据处理方法

技法讲解

（1）油酸体积的计算

如果知道油酸酒精溶液浓度为P，测量出N滴油酸酒精溶液的体积为V，那么1滴油酸酒精溶液中含有的油酸体积为V.

V=VPN×10-6m3

（2）数格子的方法

这是估测不规则形状面积的一种方法：将一玻璃板放在不规则面积的上方，在玻璃板上

画出不规则图形的轮廓，然后将其放在坐标纸上，数出不规则图形的轮廓包围的方格数.计算方格数时，不足半个格子的舍去，多于半个格子的算一个，方格边长的单位越小，这种方法求出的面积越精确.

典例剖析

例2在做用油膜法估测分子大小的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每104 mL溶液中有6 mL油酸．用注射器测得1 mL上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为1 cm，试求：

（1）油酸膜的面积是多少 cm2?

（2）每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？

（3）按以上实验数据估测出油膜分子的直径.

解析：（1）根据图形，数得格子数为129个，那么油膜面积是S=129×1cm2=129cm2

(2)根据已知条件可知，1 mL溶液中有75滴，1滴溶液的体积是175mL，又已知每104 mL溶液中有纯油酸6mL，175 mL溶液中纯油酸的体积是：V=4167510mL=8×10-6mL.

(3)油酸分子的直径为：d=VS=6810129cm≈6.2×10-10 m.

答案：（1）129cm2 (2)8×10-6ML (3)6.2×10-10m

三、实验注意事项

技法讲解

(1)选用的浅水盘各处的高度应均匀，而且水盘应水平放置(可从盘的边缘各处离水面高度是否一样看出)；水盘也不宜太高，略高于水面为宜，以使盘上的玻璃片尽可能地接近水面又不接触水面，这样描绘出的油酸膜轮廓就比较准确.描画油酸膜轮廓时，眼睛视线应通过所画之处而垂直于玻璃片. (2)油酸溶液配制时间不能过长，否则浓度改变，实验误差太大．

(3)为了使滴到水面的油酸尽量少，除了把油酸稀释外，应尽量选用出口特别细的注射器或滴管，最好使用滴下100滴以上溶液才有1 mL体积的滴管.

(4)向水面滴下酒精油酸溶液时，注意使滴管垂直于水面，管口靠近水面，轻轻地滴下，就能得到油层不再扩散，形成边缘圆滑的油膜.

典例剖析

例3下面是某同学在用油膜法测分子大小的实验过程中的一些操作其中正确的是（）

A.在水盘中洒上痱子粉后，用滴管把一滴油酸滴入水盘中

B.滴入油酸时注射针头离水面约10cm高

C.向水盘中加水时一直加到水平面接近水盘边缘

D.水盘中加入水后立即洒上痱子粉，并立即滴上油酸酒精溶液

解析：选项A中向水盘中加入油酸是不正确的，而应加入1:200的油酸酒精溶液，向水盘中加入溶液时注射针头离液面为1cm左右，太高会使溶液外溅，所以B选项错，向水盘中加水时应当使液面接近水盘的边缘，这样当描画油酸膜轮廓时，玻璃板与油酸膜离得近，描画得会比较准确，所以C选项正确，画油酸膜轮廓时应当等到液面平静后向水盘中洒痱子粉、滴溶液，所以D选项错.

答案：C

第三关：训练关笑对高考

随 堂 训 练

1.某油剂的密度为8×102kg/m3，取这种油剂0.8g滴在水面上，最后形成的油膜最大的面积约为（）

A.10-10m2

B.104m2

C.1010cm2

D.104cm2

解析：由题目给出的条件，已知密度ρ=8×102kg/m3，质量M=0.8×10-3kg，则该油滴体积：

V=M =320.810810m3=10-6m3

当将油滴滴在水面上面积最大时，即所形成的油膜为单分子层，则由单分子油膜法测分子直径方法，可得油膜面积：

S=Vd 式中d为分子直径——即油膜厚度.

因为一般分子直径数量级为10-10m,d=10-10m.

得S=6101010m2=104m2.

答案：B

2.在粗测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：

A.取油酸1.00 mL注入250 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250 mL的刻度线为止.摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸的酒精溶液.

B.用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒中，记录滴入溶液的滴数，直到量筒达到1.00 mL为止，共滴了100 滴.

C.在水盘内注入蒸馏水，静置后用滴管吸取油酸的酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜.

D.测得油膜面积为3.60×102cm2.

利用数据可求得油酸分子的直径约为_______m.（计算结果保留两位有效数字）.

解析:1滴油酸的酒精溶液中所含油酸的体积V=11250100mL=4×10-5mL，油膜可看作单分子薄膜，d=VS=5624410103.61010m=1.1×10-9m.

答案：1.1×10-9

3.在用“油膜法”估测分子的大小的实验中，实验简要步骤如下：

A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数（不足半个的舍去，多于半个的算一个），再根据方格的边长求出油膜的面积S.

B.将一滴酒精油酸溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上

C.用浅盘装入约2 cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上

D.用公式d=V/s，求出薄膜厚度，即油酸分子的大小

E.根据酒精油酸溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V

F.用注射器或滴管把事先配制好的酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时的滴数.

上述实验步骤的合理顺序是__________

答案：FCBAED或CFBAED

4.利用油膜法估测油酸分子的大小,实验器材有:浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液\,最小刻度为0.1ml的量筒\,盛有适量清水的45×50cm2浅盘\,痱子粉\,橡皮头滴管\,玻璃板\,彩笔\,坐标纸.

(1)下面是实验步骤,请填写所缺的步骤C.

A.用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下滴入1 ml

油酸酒精溶液时的滴数N

B.将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上,用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液,从低处向水面中央一滴一滴地滴入,直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止,记下滴入的滴数n

C.___________________________________________________

D.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位,计算轮廓内正方形的个数,算出油酸薄膜的面积S

(2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的大小________(单位:cm)

解析：本题考查油膜法测油酸分子直径的步骤及数据处理方法.

(1)将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上.

(2)每滴油酸酒精溶液的体积为1Ncm3

n滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为V=1Nn×0.05%cm3

所以单个油酸分子的大小为Vn0.05%NSS.

答案：(1)将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上.

(2)n0.05%NS

5.某同学在用油膜法估测分子直径实验中,计算结果明显偏大,可能是由于（）

A.油酸未完全散开

B.油酸中含有大量酒精

C.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格

D.求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数误多记了10滴

解析：由d=VS可知，测得的直径明显偏大的原因可能是将V测大了，也可能是将S测小了，如A、C项均将S测小了，D项将V测小了，而B项油酸中酒精未挥发之前，油膜面积大，测量值应小些，综上所述，A、C正确，B、D错误.

答案：AC