人教版高中物理選擇性必修三 第1章 2.實驗：用油膜法估測油酸分子的大小講義

1、2實驗：用油膜法估測油酸分子的大小實驗?zāi)繕?biāo)：1理解分子模型，知道分子直徑的數(shù)量級。2.學(xué)會用油膜法估測分子大小。3.能夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)進行處理，掌握“互補法”計算油膜面積。一、實驗思路把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，使油酸在水面上形成單分子油膜，則油膜厚度即為油酸分子的直徑。二、實驗步驟1在淺盤中倒入約2 cm深的水，將爽身粉均勻撒在水面上。2用注射器往小量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液，記下滴入的滴數(shù)n，算出一滴油酸酒精溶液的體積V0。3將一滴油酸酒精溶液滴在淺盤的液面上。4待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將玻璃放在淺盤上，用水彩筆(或鋼筆)畫出油酸薄膜的形狀。5將玻璃放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S；或者

2、玻璃板上有邊長為1 cm的方格，則也可通過數(shù)方格數(shù)，算出油酸薄膜的面積S。6根據(jù)已配好的油酸酒精溶液的濃度，算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V。7計算油酸薄膜的厚度deq f(V,S)，即為油酸分子直徑的大小。三、注意事項1實驗前，必須把所有的實驗用具擦洗干凈，實驗時吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分別專用，不能混用，否則會增大誤差，影響實驗結(jié)果。2待測油酸面擴散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓，擴散后又收縮有兩個原因：一是水面受油酸液滴的沖擊凹陷后又恢復(fù)；二是酒精揮發(fā)后液面收縮。3本實驗只要求估算分子大小，實驗結(jié)果的數(shù)量級符合要求即可。4爽身粉不宜撒得過厚，油酸酒精溶液的濃度以小于eq f(1,

3、1 000)為宜。5向水面滴油酸酒精溶液時，應(yīng)靠近水面，不能離水面太高，否則油膜輪廓難以形成。四、數(shù)據(jù)分析計算方法：1一滴油酸溶液的平均體積eq o(sup12(),V)eq f(N滴油酸溶液的體積,N)。2一滴油酸溶液中含純油酸的體積Veq o(sup12(),V)油酸溶液的體積比。(體積比eq f(純油酸體積,溶液的體積)3油膜的面積Sn1 cm2。(n為有效格數(shù)，小方格的邊長為1 cm)4分子直徑deq f(V,S)(代入數(shù)據(jù)時注意統(tǒng)一單位)。【例1】配制好的油酸酒精溶液為每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL。用滴管向量筒內(nèi)滴50滴上述溶液，量筒中的溶液體積增加1 mL。若

4、把一滴這樣的溶液滴入盛水的淺盤中，由于酒精溶于水，油酸在水面展開，穩(wěn)定后形成單分子油膜的形狀如圖所示。(1)若每一小方格的邊長為30 mm，則油酸薄膜的面積為多少平方米？(2)每一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為多少立方米？(3)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估算出油酸分子的直徑為多少米。思路點撥：解析(1)數(shù)出在油膜范圍內(nèi)的格數(shù)(面積大于半個方格的算一個，不足半個的舍去)為85個，油膜面積約為S85(3.0102)2 m27.65102 m2。(2)因50滴油酸酒精溶液的體積為1 mL，且溶液含純油酸的濃度為0.06%，故每滴油酸酒精溶液含純油酸的體積為V0eq f(V,N)eq f(0.06%,50)11

5、06 m31.21011 m3。(3)把油酸薄膜的厚度視為油酸分子的直徑，可估算出油酸分子的直徑為deq f(V0,S)eq f(1.21011,7.65102) m1.571010 m。答案(1)7.65102 m2(2)1.21011 m3(3)1.571010 m【例2】在“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中，按照油酸與酒精的體積比為mn配制油酸酒精溶液，用注射器滴取該溶液，測得k滴溶液的總體積為V，將一滴溶液滴入淺盤，穩(wěn)定后將油酸膜輪廓描繪在坐標(biāo)紙上，如圖所示。已知坐標(biāo)紙上每個小正方形的邊長為a。(1)求油膜的面積；(2)估算油酸分子的直徑。解析(1)估算油膜面積時以超過半格按一格計

6、算，小于半格就舍去的原則，估算出31格，則油酸薄膜面積為S31a2。(2)根據(jù)公式V油酸dS可得deq f(V油酸,S)eq f(mV,31a2k(mn)。答案(1)31a2(2)eq f(mV,31a2k(mn)油膜法估測分子大小的解題思路(1)首先要按比例關(guān)系計算出1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V。(2)其次采用“互補法”計算出油膜的面積S。(3)最后利用公式deq f(V,S)求出分子的直徑。(4)計算時注意單位要統(tǒng)一。1(多選)“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗的科學(xué)依據(jù)是()A將油酸形成的膜看成單分子油膜B不考慮各油酸分子間的間隙C考慮了各油酸分子間的間隙D將油酸分子看成球形ABD實

7、驗中油酸的直徑是用油酸的體積除以油膜的面積來計算，所以實驗的科學(xué)依據(jù)是將油膜看成單分子油膜層，不考慮油酸分子間的間隙，并把油酸分子看成球形，油酸分子直徑的數(shù)量級為1010 m，故A、B、D正確，C錯誤。2(多選)用油膜法估測分子直徑的理想條件是()A將油酸分子看成球體B考慮各油酸分子間的間隙C認(rèn)為油酸分子是緊密排列的D將油膜看成單分子油膜ACD用油膜法測油酸分子直徑的三個前提條件：將油酸分子視為球體模型；忽略油酸分子之間的間隙，認(rèn)為分子是緊密排列的；油酸分子在水面是單分子油膜層。只有在上述三個理想條件下油酸的厚度才能視為油酸分子的直徑。故A、C、D正確。3(多選)在“用油膜法估測油酸分子的大小

8、”實驗中所用的油酸酒精溶液為每1 000 mL溶液中有純油酸0.6 mL。用注射器測得1 mL上述溶液為80滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤內(nèi)，讓油膜在水面上盡可能散開，測得油膜的輪廓形狀如圖所示。圖中每個小正方形方格的邊長均為1 cm，下列說法正確的是()A實驗時將油酸分子看成球體模型B實驗時不考慮各油酸分子間的間隙C測出分子直徑后，就可以根據(jù)已知條件算出阿伏加德羅常數(shù)D該實驗測出油酸分子的直徑約是6.5108 mAB在“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中，把一滴油酸酒精溶液滴到水面上，油酸在水面上要盡可能地散開，形成單分子油膜，把分子看成球體模型，單分子油膜的厚度就可以認(rèn)為等于油酸分子的直

9、徑，故A、B正確；1滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積為Veq f(1,80)eq f(0.6,1 000) mL7.5106 mL，油膜所占格數(shù)約為115個，則面積S1151 cm2，分子直徑deq f(V,S)6.5108 cm6.51010 m，故D錯誤；而NAeq f(摩爾體積,分子體積)，故C錯誤。4利用油膜法估測油酸分子的直徑，實驗器材有：濃度為0.05%(體積分?jǐn)?shù))的油酸酒精溶液、分度值為0.1 mL的量筒、盛有適量清水的4550 cm2的淺盤、痱子粉、橡皮頭滴管、玻璃管、彩筆、坐標(biāo)紙。(1)下面是實驗步驟，請?zhí)顚懰钡牟襟EC。A用滴管將濃度為0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量

10、筒中，記下滴入1 mL油酸酒精溶液時的滴數(shù)N；B將痱子粉均勻地撒在淺盤內(nèi)水面上，用滴管吸取濃度為0.05%的油酸酒精溶液，從低處向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足夠大的面積又不與器壁接觸為止，記下滴入的滴數(shù)n；C_；D將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，以坐標(biāo)紙上邊長為1 cm的正方形為單位，數(shù)得輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，算出油酸薄膜的面積S。(2)用已給的和測得的物理量表示單個油酸分子的直徑為_(單位：cm)。解析(1)待油酸薄膜穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將油酸薄膜的形狀畫在玻璃板上。(2)每滴油酸酒精溶液的體積為eq f(1,N) cm3n滴油酸酒精溶液所含純油酸的體積為Ve

11、q f(n,N)0.05%所以單個油酸分子的直徑為eq f(V,S)eq f(n0.05%,NS)eq f(0.05%n,NS)。答案(1)見解析(2)eq f(0.05%n,NS)5(1)某同學(xué)在“用油膜法估測分子直徑”的實驗中，計算結(jié)果明顯偏大，可能是由于_。A油酸未完全散開B油酸中含有大量的酒精C計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格D求每滴體積時，1 mL的溶液的滴數(shù)多記了10滴(2)在做“用油膜法估測分子大小”實驗中，油酸酒精溶液的濃度為104 mL溶液中有純油酸6 mL。用注射器測得1 mL上述溶液中有液滴50滴。把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，在玻

12、璃板上描出油膜的輪廓，然后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀如圖所示，坐標(biāo)中正方形小方格的邊長為20 mm。求油酸膜的面積；求每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積；根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析(1)油酸分子的直徑deq f(V,S)。計算結(jié)果明顯偏大，可能是V取大了或S取小了。油酸未完全散開，所測S偏小，d變大，A項正確；油酸中含有大量的酒精，不影響結(jié)果，B項錯誤；若計算面積時舍去了所有不足一格的方格，會使S變小，d變大，C項正確；求每滴體積時，1 mL 的溶液的滴數(shù)多記了10滴，使V變小，d變小，D項錯誤。故正確答案為AC。(2)用填補法數(shù)出在油膜輪廓內(nèi)的格數(shù)(面積大于半個方格的算一個，不足半格的舍去不算)為58個，油膜面積約為S58(20103 m)22.32102 m2。因為50滴油酸酒精溶液的體積為1