下载文档原格式
用油膜法估测分子的大小一．实验原理利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，将油酸分子看做球形，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，其中V 为一滴油酸溶液中所含油酸的体积，S 为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直径．二．实验步骤(1)取1 mL(1 cm 3)的油酸溶于酒精中，制成N mL 的油酸酒精溶液，则油酸的纯度为1N. (2)往边长为30～40 cm 的浅盘中倒入约2 cm 深的水，然后将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上．(3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n 滴配制好的油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为1 mL ，算出每滴油酸酒精溶液的体积V 0＝1nmL. (4)用滴管(或注射器)向水面中央滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜．(5)待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上．(6)将玻璃板取出放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S .三．数据处理(1)计算一滴溶液中油酸的体积：V ＝1Nn(mL)． (2)计算油膜的面积：利用坐标纸求油膜面积时，以边长为1 cm 的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，大于半个的算一个．(3)计算油酸的分子直径：d ＝V S(注意单位统一)． 四．练习巩固1.在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用a mL 的纯油酸配制成b mL 的油酸酒精溶液，再用滴管取1 mL 油酸酒精溶液，让其自然滴出，共n 滴。
现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为S cm 2 ， 则：（1）估算出油酸分子的直径大小是________cm 。
（2）用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油酸的________。
A.摩尔质量B.摩尔体积C.质量D.体积2.在用油膜法测量分子直径的实验中：（1）用油膜法测量分子直径大小实验的科学依据是________．A.将油膜看成单分子油膜B.不考虑各个油酸分子间的间隙C.考虑各个油酸分子间的间隙D.将油酸分子看成球形（2）体积为10 cm 3的油滴，滴在水面上展开形成单分子油膜，则油膜面积的数量级为_____．A.109 cm 2B.106 cm 2C.104 cm 2D.102 cm 2（3）将酒精加入1 cm 3的油酸中制成200 cm 3的油酸酒精溶液．已知1 cm 3溶液有50滴，现取1滴油酸溶液滴在水面上，随着酒精蒸发，油酸在水面上形成单分子油膜，已测得油膜层的面积为0.2 m 2 ， 由此可以估测油酸分子的直径为________cm.3.用油膜法估测油酸分子的大小，实验器材有：体积分数(含油酸体积与油酸酒精溶液总体积比)为c 的油酸酒精溶液、最小刻度为0．1mL 的量筒，盛有适量清水的45×50cm 的浅盘．痱子粉、橡皮头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸．（1）下面是主要实验步骤．请补全所缺步骤a ．用滴管将体积分数为c 的油酸酒精溶液一滴一滴的滴入量筒中，记下滴入油酸酒精溶液的体积为V时的滴数N；b．将痱子粉均匀撒在浅盘内的水面上，用滴管吸取体积分数为c的油酸酒精溶液，从低处向水面中央一滴一滴的滴入，直到稳定的油酸薄膜有足够大的面积而又不与器壁接触时为止，记下滴入的滴数n；c________;d. 将画有油酸薄膜的玻璃板放在坐标纸上计算轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S．（2）用已知量和测得量表示单个油酸分子的直径为________.4.用油膜法估测油酸分子直径大小的实验中，配制的酒精油酸溶液的浓度为104mL溶液中有纯油酸12mL，用注射器测量得到1mL该溶液有100滴。
实验十二 用油膜法估测分子的大小 目标要求 1.知道油膜法估测分子的大小的原理.2.掌握用油膜法估测油酸分子的大小的方法．实验技能储备1．实验原理实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小．当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成如图甲所示形状的一层纯油酸薄膜．如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分子的大小．用V 表示一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积，用S 表示单分子油膜的面积，用d 表示油酸分子的直径，如图乙所示，则d ＝V S.2．实验器材盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、坐标纸、玻璃板、爽身粉、量筒、彩笔等．3．实验过程(1)配制油酸酒精溶液，取纯油酸1 mL ，注入500 mL 的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面到达500 mL 刻度线为止．(2)用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积V n 时的滴数n ，算出每滴油酸酒精溶液的体积V 0.(3)向浅盘里倒入约2 cm 深的水，并将爽身粉均匀地撒在水面上．(4)用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上．(5)待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上．(6)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S (求面积时以坐标纸上边长为1 cm 的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)．(7)根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V ，并代入公式d ＝V S，算出油酸薄膜的厚度d . (8)重复以上实验步骤，多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小．教材原型实验例1某同学在实验室用油膜法测油酸分子直径．(1)该实验的科学依据是________．A．将油膜看成单分子油膜B．不考虑各个油酸分子间的间隙C．考虑各个油酸分子间的间隙D．将油酸分子看成球形(2)实验主要步骤如下：①向体积V油＝6 mL的油酸中加酒精，直至总量达到V总＝104 mL；②用注射器吸取①中油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n＝75滴时，测得其体积恰好是V0＝1 mL；一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为________ m3；③先往浅盘里倒入2 cm深的水，然后将爽身粉均匀地撒在水面上；④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜的形状；⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，数出轮廓范围内小方格的个数N，小方格的边长为L＝1 cm.(3)由图可知油膜面积为________ m2；计算出油酸分子直径为________ m．(以上结果均保留一位有效数字)(4)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不足 1 mL，则最终的测量结果将________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)．答案(1)ABD(2)②8×10－12(3)1×10－28×10－10(4)偏大解析(1)将油膜看成单分子油膜，油膜是呈单分子分布的，单分子油膜的厚度等于分子的直径，A正确；不考虑各个油酸分子间的间隙，认为这些油酸分子是一个一个紧挨在一起的，分子之间没有间隙，B正确，C错误；将油酸分子看成球形，测出油酸的体积V和形成单分子油膜的面积S，单分子油膜的厚度d＝V，可以认为厚度等于分子的直径，D正确．S(2)②一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为V ＝175×6104 mL ＝8×10－6 mL ＝8×10－12 m 3. (3)由题图可知油膜面积为S ＝1×10－2 m 2油酸分子的直径为d ＝V S ＝8×10－121×10－2m ＝8×10－10 m. (4)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不足1 mL ，则代入计算的纯油酸的体积偏大，可知测量结果偏大．例2 (1)如图所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是________(用符号表示)．(2)取油酸1.0 mL 注入250 mL 的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面到达250 mL 的刻度线为止，得到油酸酒精混合溶液．用滴管吸取混合溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒内溶液达到1.0 mL 为止，恰好共滴了100滴．取一滴混合溶液滴在浅盘内的水面上(已撒爽身粉)，数得油膜轮廓占面积为1 cm 2小格子120格(不足半格舍去，多于半格算1格)．则请估算油酸分子的直径为________ m(结果保留2位有效数字)．(3)该同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d 明显偏大．出现这种情况的原因可能是________．A ．将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算B ．油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化C ．计算油膜面积时，只数了完整的方格数D ．求每滴溶液中纯油酸的体积时，1 mL 溶液的滴数多记了10滴(4)用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油酸的________．A ．摩尔质量B ．摩尔体积C ．质量D ．体积 答案 (1)cadb (2)3.3×10－9 (3)AC (4)B解析 (1)“用油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积再准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘测量油膜面积并计算分子直径，则操作先后顺序应是cadb ；(2)油膜面积约占120格，面积约为S ＝120×1×10－4 m 2＝1.2×10－2 m 2一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V ＝1250×1100×10－6 m 3＝4×10－11 m 3 油酸分子的直径约等于油膜的厚度d ＝V S ＝4×10－111.2×10－2m ≈3.3×10－9 m. (3)计算油酸分子直径的公式是d ＝V SV 是纯油酸的体积，S 是油膜的面积，将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，则V 取值偏大，导致d 偏大，故A 正确；油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度增大，则V 取值偏小，导致d 偏小，故B 错误；计算油膜面积时，只数了完整的方格数，则S 取值偏小，导致d 偏大，故C 正确；求每滴溶液中纯油酸的体积时，1 mL 的溶液的滴数多记了10滴，由V 1＝1nmL 可知，纯油酸的体积将偏小，导致d 偏小，故D 错误． (4)设一个油酸分子体积为V ，则V ＝43π(d 2)3，由N A ＝V mol V可知，要测定阿伏加德罗常数，还需知道油酸的摩尔体积，故B 正确． 课时精练1．关于“用油膜法估测油酸分子大小”的实验，下列选项正确的是( )A ．将油膜看作单层分子薄膜，且不考虑油酸分子间的空隙B ．利用画有油膜轮廓的坐标方格计算油膜面积时，舍去所有不足一格的方格C ．测一滴油酸酒精溶液的体积时，只需将其滴入量筒即可D ．若油酸未完全散开，会使测出的分子直径偏小答案 A解析 将油膜看作单层分子薄膜，且不考虑油酸分子间的空隙，所以A 正确；利用画有油膜轮廓的坐标方格计算油膜面积时，舍去所有小于半格的方格，大于等于半格的算1格，所以B 错误；测一滴油酸酒精溶液的体积时，需滴入多滴进入量筒，采用累积法测量可以减小误差，所以C 错误；若油酸未完全散开，则测量的油膜面积会减小，根据d ＝V S，则会使测出的分子直径偏大，所以D 错误．2．(2019·全国卷Ⅲ·33(1))用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是____________________________________________．实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以_______________．为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是________________________________．答案使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1 mL油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积单分子层油膜的面积解析实验前将油酸稀释，目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜．可以用累积法测量多滴溶液的体积后计算得到一滴溶液中纯油酸的体积．油酸分子直径等于一滴溶液中纯油酸的体积与形成的单分子层油膜的面积之比，即d＝VS，故除测得一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积外，还需要测量单分子层油膜的面积．3.在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将1 mL的纯油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1 mL溶液为80滴，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，描出的油膜轮廓如图所示，每格边长是0.5 cm，根据以上信息，回答下列问题：(1)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为______ mL；(2)油膜的面积为________ cm2；(3)油酸分子的直径约为________ m；(此小题保留一位有效数字)(4)从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中，油膜的面积大小变化情况是________；(5)甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，但都发生了操作失误．其中会导致所测的分子直径d偏小的是________．A．甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大一些B．乙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小C．丙同学在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些答案(1)2.5×10－6(2)35(3)7×10－10(4)先变大后变小(5)A解析(1)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V＝180×15 000mL＝2.5×10－6 mL(2)由题图油膜可知，油膜所占坐标纸的格数约140个，油膜的面积为S＝140×0.5×0.5 cm2＝35 cm2(3)油酸分子的直径约为d＝VS≈7×10－10 m(4)从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中，由于酒精的挥发，油膜的面积大小变化情况是先变大后变小．(5)甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大了一些，算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积比实际值小，由d＝VS，可知所测的分子直径d偏小，A正确；乙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，一滴油酸酒精溶液的实际体积变小，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积变小，对应的油膜面积S变小，但体积V还是按原来的计算的，由d＝VS，可知所测的分子直径d偏大，B错误；丙同学在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些，由d＝VS，可知所测的分子直径d偏大，C错误．4．在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL 溶液中有纯油酸0.5 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有80滴，把1滴该溶液滴入盛水的撒有爽身粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形格的边长为1 cm，则可求得：(1)油酸薄膜的面积是________ cm2；(2)油酸分子的直径是________ m；(结果保留两位有效数字)(3)某同学实验中最终得到的计算结果数据偏大，可能是由于________；A．油膜中含有大量未溶解的酒精B．计算油膜面积时，错将全部不完整的方格作为完整方格处理C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格D．水面上爽身粉撒得较多，油膜没有充分展开(4)利用单分子油膜法可以粗测分子大小和阿伏加德罗常数．如果已知体积为V 的一滴油酸在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S ，这种油酸的密度为ρ，摩尔质量为M ，则阿伏加德罗常数的表达式为________；(分子看成球体)(5)本实验体现的物理思想方法为________．A ．控制变量法B ．理想化模型C ．极限思想法D ．整体法与隔离法 答案 (1)71 (2)8.8×10－10 (3)CD (4)6MS 3πρV 3(5)B 解析 (1)轮廓包围的方格约为71个，故油酸薄膜的面积为S ＝71×1×1 cm 2＝71 cm 2(2)每滴溶液中含有纯油酸的体积为V ＝180×0.51 000mL ＝6.25×10－6 mL ，油酸分子的直径为d ＝V S≈8.8×10－10 m (3)如果油膜中含有大量未溶解的酒精，导致油酸的实际面积比统计面积小，计算时采用统计的油酸面积S 偏大，由d ＝V S可知，油酸分子直径d 的计算值将比真实值偏小，故A 错误；计算油膜面积时，如果错将全部不完整的方格作为完整方格处理，导致统计的油膜面积比实际油膜面积大，计算结果将偏小，故B 错误；如果计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，导致统计的油膜面积偏小，计算结果将偏大，故C 正确；如果水面上爽身粉撒得较多，油酸没有充分展开，导致统计的油酸面积比充分展开的油酸面积小，计算结果将偏大，故D 正确．(4)油酸分子个数为N ＝V 43π(V 2S)3个，油酸分子的物质的量为n ＝ρV M ，故阿伏加德罗常数为N A ＝N n ＝6MS 3πρV 3(5)实验中把油酸分子简化为球形，忽略分子间隙，并且认为油膜为单层分子，是一种理想化模型，故选B.。
1.2实验：用油墨法估测油酸分子的大小基础导学要点一、用油膜法估测油酸分子的大小1．实验目的：用油膜法估测油酸分子的大小．初步学会用统计的方法求物理量．2．实验原理当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中并很快挥发，在水面上形成一层纯油酸的单分子层薄膜，如图所示．如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可以认为等于油酸分子的直径．实验中如果算出一定体积V 的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积S ，即可算出油酸分子直径的大小，即d ＝V S. 3．实验器材清水、酒精、油酸、量筒、浅盘(边长约为30 cm ～40 cm)、注射器(或滴管)、玻璃板、彩笔、痱子粉(或石膏粉)、坐标纸、容量瓶(500 mL)．4．实验步骤(1)用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以减少实验误差；(2)配制油酸酒精溶液：取油酸1 mL ，注入500 mL 的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500 mL 刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸分子充分与酒精分子结合，这样就得到了浓度为0.2%的油酸酒精溶液；(3)用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积时的滴数；(4)向浅盘里倒入约2 cm 深的水，并将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上；(5)用注射器或滴管将油酸酒精溶液滴在水面上一滴；(6)待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃板上；(7)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，算出油膜的面积S ；(8)根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V ，并代入公式d ＝V S算出油酸薄膜的厚度d ；(9)重复以上实验步骤多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子的大小．5．数据处理(计算方法：)(1)一滴油酸溶液的平均体积VV ＝N 滴油酸溶液的体积N(2)一滴油酸溶液中含纯油酸的体积VV ＝V ×油酸溶液的体积比⎝⎛⎭⎪⎫体积比＝纯油酸体积溶液的体积 (3)油膜的面积S ＝n ×1 cm 2(n 为有效格数，小方格的边长为1 cm)(4)分子直径d ＝V S(代入数据时注意单位的统一) 6．注意事项(1)油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度产生实验误差．(2)实验前应练习好滴法．(3)待测油酸扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓，扩散后又收缩有两个原因：第一是水面受到油酸滴冲击凹陷后恢复；第二是酒精挥发后液面收缩．(4)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧面上会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱棉擦干，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁．(5)从盘的中央加痱子粉，使粉自动扩散至均匀，比在水面上撒粉效果好．(6)本实验只要求估算分子大小，实验结果数量级符合要求即可．强化训练一、选择题1、在“用油膜法估测分子大小”的实验中，能将油膜的厚度近似认为等于油酸分子的直径，下列措施可行的是( )A ．把痱子粉均匀地撒在水面上，测出其面积B ．取油酸一滴，滴在撒有均匀痱子粉的水面上形成面积尽可能大的油膜C ．取油酸酒精溶液一滴，滴在撒有均匀痱子粉的水面上形成面积尽可能大的油膜D ．把油酸酒精溶液滴在撒有均匀痱子粉的水面上后，要立即描绘油酸在水面上的轮廓【答案】C【解析】A ．要正确完成该实验，首先要在水面上均匀的撒上薄薄的一层痱子粉，作用是方便确定油膜的边界，A 错误；B ．由于纯油酸较黏稠不易展开需利用酒精稀释，B 错误；CD ．向撒有均匀痱子粉的水中滴入一滴油酸酒精溶液，静置稳定后在水面上形成尽可能大的单分子油膜，再描绘油酸在水面上的轮廓以确定其面积，C 正确，D 错误。
