(新高考)高考物理一輪復習教案第14章實驗16《用油膜法估測油酸分子的大小》(含詳解)

實驗十六用油膜法估測油酸分子的大小1．了解本實驗的實驗原理及所需要的器材，了解實驗的注意事項。2．會正確測出一滴油酸酒精溶液中油酸的體積及形成油膜的面積。3．會估測分子的大小，正確處理實驗數(shù)據(jù)。如圖所示，測出一滴油酸酒精溶液在水面上形成的單分子油膜面積，將油酸分子看成球形，用d＝eq\f(V,S)計算出油膜的厚度，其中V為一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積，S為油膜面積，這個厚度d就是油酸分子的直徑。清水、酒精、油酸、量筒、淺盤(邊長約30～40cm)、注射器(或滴管)、玻璃板(或有機玻璃板)、彩筆、爽身粉、坐標紙、容量瓶(500mL)。1．用稀酒精溶液及清水清洗淺盤，充分洗去油污、粉塵，以免給實驗帶來誤差。2．配制油酸酒精溶液，取油酸1mL，注入500mL的容量瓶中，然后向容量瓶內注入酒精，直到液面達到500mL刻度線為止，搖動容量瓶，使油酸充分在酒精中溶解，這樣就得到了500mL含1mL純油酸的油酸酒精溶液。3．用注射器或滴管將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并記下量筒內增加一定體積VN時的滴數(shù)N。4．根據(jù)V0＝eq\f(VN,N)算出每滴油酸酒精溶液的體積V0。5．向淺盤里倒入約2cm深的水，并將爽身粉均勻地撒在水面上。6．用注射器或滴管在水面上滴一滴油酸酒精溶液。7．待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板(或有機玻璃板)放在淺盤上，并用彩筆在玻璃板上描畫出油酸薄膜的形狀。1．將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，算出油酸薄膜的面積S(求面積時以坐標紙上邊長為1cm的正方形為單位，計算輪廓內正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個)。2．根據(jù)油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴溶液中純油酸的體積V，并代入公式d＝eq\f(V,S)算出油酸薄膜的厚度d。3．重復實驗，多測幾次油酸薄膜的厚度，求平均值，即為油酸分子的直徑大小。產生原因減小辦法偶然誤差：(1)油酸酒精溶液配制后長時間放置，溶液的濃度改變，會給實驗帶來較大誤差(2)利用小格子數(shù)計算油膜輪廓面積時，輪廓的不規(guī)則性容易帶來計算誤差(3)測量量筒內溶液增加1mL的滴數(shù)時，體積觀測不準確會帶來誤差(4)油膜輪廓的畫線不準會帶來誤差(1)為減小濃度的變化，可將配好的溶液密封(2)計算輪廓范圍內小格子個數(shù)時，不足半個的舍去，多于半個格子的算一個。方格邊長的單位越小，計算出的面積越精確(3)選用內徑小的量筒，讀數(shù)時平視(4)畫圖時圖線輪廓邊緣清晰系統(tǒng)誤差：將油酸分子看成球形且緊密排列，忽略了分子間隙—1．油酸酒精溶液配制后不要長時間放置，以免濃度改變，產生誤差。2．注射器針頭高出水面的高度應在1cm之內，當針頭靠水面很近(油酸酒精溶液未滴下)時，會發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開，這是由于針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果。3．實驗之前要訓練好滴法。4．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沖擊凹陷后又恢復，二是酒精揮發(fā)后液面收縮。5．當重做實驗時，水從淺盤的一側邊緣倒出，在這側邊緣會殘留油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去，再用清水沖洗，這樣可保持淺盤的清潔。6．從淺盤的中央加爽身粉，使粉自動擴散至均勻，這是由以下兩種因素所致：第一，加粉后水的表面張力系數(shù)變小，水將粉粒拉開；第二，粉粒之間的排斥。這樣做比粉撒在水面上的實驗效果好。7．本實驗要求估算分子大小，實驗結果數(shù)量級須符合要求。8．實驗中所用的油酸及酒精都應取較純藥品，否則會影響結果。另外，實驗中所有的容器必須潔凈，不能有油污。9．計算時注意單位和數(shù)量級，以及有效數(shù)字要求，細心求解、計算?？键c1實驗原理與實驗操作例1利用油膜法估測油酸分子的大小，實驗器材有：濃度為0.05%(體積分數(shù))的油酸酒精溶液、最小刻度為0.1mL的量筒、盛有適量清水的規(guī)格為30cm×40cm的淺盤、爽身粉、橡皮頭滴管、玻璃板、彩筆、坐標紙。(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筒中，記下滴入1mL油酸酒精溶液時的滴數(shù)N；B．將爽身粉均勻地撒在淺盤內的水面上，用滴管吸取濃度為0.05%的油酸酒精溶液，從靠近水面處向淺盤中央一滴一滴地滴入油酸酒精溶液，直到穩(wěn)定時油酸薄膜有足夠大的面積且不與器壁接觸為止，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紙上，以坐標紙上邊長為1cm的正方形為單位，計算輪廓內正方形的個數(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大小________(單位：cm)。嘗試解答(1)待薄膜輪廓穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將油酸薄膜的輪廓畫在玻璃板上(2)eq\f(n×0.05%,NS)。(1)待薄膜輪廓穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將油酸薄膜的輪廓畫在玻璃板上。(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V＝eq\f(n,N)×0.05%cm3所以單個油酸分子的直徑大小d＝eq\f(V,S)＝eq\f(n×0.05%,NS)。[變式1]在做“用油膜法估測分子直徑的大小”的實驗中，實驗簡要步驟如下：A．將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，數(shù)出輪廓內的方格數(shù)，再根據(jù)方格的邊長求出油膜的面積S；B．將一滴油酸酒精溶液滴在水面，待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將薄膜的形狀描畫在玻璃板上；C．用淺盤裝入約2cm深的水，然后將爽身粉均勻地撒在水面上；D．取一定體積的油酸和確定體積的酒精混合均勻配制成一定濃度的油酸酒精溶液；E．根據(jù)油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V；F．用注射器將事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，記下量筒內增加一定體積時的滴數(shù)；G．由eq\f(V,S)得到油酸分子的直徑d。(1)實驗步驟的合理順序是______________。(填寫字母編號)(2)在本實驗中“將油膜分子看成緊密排列的球形，在水面形成單分子油膜”，體現(xiàn)的物理思想方法是________。(3)若所用油酸酒精溶液的濃度約為每104mL溶液中有純油酸6mL。用注射器測得1mL上述溶液為75滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，描出的油酸膜的輪廓形狀和尺寸如圖所示，坐標中正方形方格的邊長為1cm，由此可估測油酸分子的直徑是________m。(保留一位有效數(shù)字)答案(1)DFECBAG(2)建模法(3)6×10－10解析(1)本實驗中必須測出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V，故必先求出一滴油酸酒精溶液的體積，因此實驗過程中應該求出1mL油酸酒精溶液的滴數(shù)；油酸薄膜的邊緣在水中不易觀察和畫出，因此需要在淺盤中倒入水后，將爽身粉或石膏粉均勻撒在水面上。根據(jù)實驗的原理安排實驗步驟，合理的順序是DFECBAG。(2)此實驗把分子看成球體，是建立理想模型的方法。(3)由題圖可知，油膜所占方格數(shù)約為129個(128～130均正確)，則油膜的面積：S＝129×1cm2＝129cm2；每滴酒精油酸溶液中含有純油酸的體積：V＝eq\f(1mL,75)×eq\f(6mL,104mL)＝8×10－6mL；油酸分子的直徑：d＝eq\f(V,S)＝eq\f(8×10－6cm3,129cm2)≈6×10－8cm＝6×10－10m?？键c2數(shù)據(jù)處理和誤差分析例2在“用油膜法估測分子大小”的實驗中，將1mL的油酸加入酒精中配制成1000mL的油酸酒精溶液，通過注射器測得80滴這樣的溶液為1mL，取1滴溶液滴在撒有爽身粉的淺水槽中，待油膜界面穩(wěn)定后，測得油膜面積為253cm2。(1)估算油酸分子的直徑d＝________m(結果保留一位有效數(shù)字)。(2)將上述油酸酒精溶液置于一個敞口容器中放置一段時間，再使用該溶液進行實驗會導致分子直徑的測量結果________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。嘗試解答(1)5×10－10__(2)偏大。(1)測得油膜面積為：S＝253cm2＝2.53×10－2m每一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為：V＝eq\f(1,1000)×eq\f(1,80)mL＝1.25×10－11m3油酸分子的直徑為：d＝eq\f(V,S)＝eq\f(1.25×10－11,2.53×10－2)m≈5×10－10m。(2)將油酸酒精溶液置于一個敞口容器中放置一段時間，酒精揮發(fā)，導致油酸酒精溶液中油酸的濃度增大，因此一滴油酸酒精溶液中油酸的體積偏大，測得的分子直徑大小偏大。[變式2]油酸酒精溶液的濃度為每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.6mL，現(xiàn)用滴管向量筒內滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液體積增加了1mL，若把一滴這樣的油酸酒精溶液滴入足夠大盛水的淺盤中，由于酒精溶于水，油酸在水面展開，穩(wěn)定后形成的油膜的形狀如圖所示，若每一小方格邊長為25mm，試問：(1)這種估測方法是將每個油酸分子視為________模型，讓油酸盡可能地在水面上散開，則形成的油膜可視為________油膜，這層油膜的厚度可視為油酸分子的________。圖中油酸膜的面積為________m2；每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是________m3；根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑是________m。(結果保留兩位有效數(shù)字)(2)某同學在實驗過程中，在距水面約2cm的位置將一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，實驗時觀察到，油膜的面積會先擴張后又收縮了一些，這是為什么呢？請寫出你分析的原因：________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)球體'單分子'直徑4.4×10－21.2×10－112.7×10－10(2)①水面受到落下油滴的沖擊，先陷下后又恢復水平，因此油膜的面積擴張；②油酸酒精溶液中的酒精揮發(fā)，使液面收縮解析(1)油膜面積約占70小格，面積約為S＝70×25×25×10－6m2≈4.4×10－2m2，一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為V＝eq\f(1,50)×eq\f(0.6,1000)×10－6m3＝1.2×10－11m3，油酸分子的直徑約等于油膜的厚度d＝eq\f(V,S)＝eq\f(1.2×10－11,4.4×10－2)m≈2.7×10－10m。(2)見答案。1．(2019·全國卷Ⅲ)用油膜法估算分子大小的實驗中，首先需將純油酸稀釋成一定濃度的油酸酒精溶液，稀釋的目的是________________________________________________________________________。實驗中為了測量出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積，可以________________________________________________________________________________。為得到油酸分子的直徑，還需測量的物理量是__________________________________。答案使油酸在淺盤的水面上容易形成一塊單分子層油膜把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，測出1mL油酸酒精溶液的滴數(shù)，得到一滴溶液中純油酸的體積單分子層油膜的面積解析用油膜法估測分子直徑時，需使油酸在水面上形成單分子層油膜，為使油酸盡可能地散開，將油酸用酒精稀釋。要測出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積，需要測量一滴油酸酒精溶液的體積，可用累積法，即測量出1mL油酸酒精溶液的滴數(shù)。根據(jù)V＝Sd，要求得油酸分子的直徑d，則需要測出單分子層油膜的面積，以及一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積。2．(2020·山東省青島市西海岸新區(qū)高三4月模擬)用油膜法估測分子直徑的實驗步驟如下：A．向淺盤中倒入適量的水，并向水面均勻地撒入爽身粉；B．將1mL純油酸加入酒精中，得到2×103mL的油酸酒精溶液；C．把玻璃板放在方格紙上，計算出薄膜的面積S(坐標紙中正方形小方格的邊長為20mm)；D．將配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下50滴溶液的體積；E．把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描出油膜的輪廓；F．根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，估算出油酸分子的直徑。(1)上述步驟中，正確的順序是________(填步驟前的字母)。(2)如圖所示為描出的油膜輪廓，油膜的面積約為________m2。(3)已知50滴溶液的體積為1mL，估算油酸分子的直徑約為________m(保留兩位有效數(shù)字)。答案(1)BDAECF(2)0.0228(3)4.4×10－10解析(1)題中所述步驟中，正確的順序是BDAECF。(2)由圖可知，油膜輪廓內的小正方形格數(shù)約為57，則油膜的面積約為57×4cm2＝0.0228m2(3)1滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積為V＝eq\f(1,2×103×50)×10－6m3＝10－11m3，則油酸分子的直徑約為d＝eq\f(V,S)＝eq\f(10－11,0.0228)m≈4.4×10－10m。3．(2020·北京朝陽區(qū)一模)在“油膜法估測分子直徑”的實驗中，我們通過宏觀量的測量間接計算微觀量。(1)本實驗利用了油酸分子易在水面上形成________(選填“單層”或“多層”)分子油膜的特性。若將含有純油酸體積為V的一滴油酸酒精溶液滴到水面上，形成面積為S的油酸薄膜，則由此可估測油酸分子的直徑為________。(2)某同學實驗中先取一定量的無水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液，測量并計算一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積后，接著又進行了下列操作：A．將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地擴展為形狀穩(wěn)定的油酸薄膜B．將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上計算油酸薄膜的面積C．將玻璃板蓋到淺水盤上，用彩筆將油酸薄膜的輪廓畫在玻璃板上D．向淺盤中倒入約2cm深的水，將爽身粉均勻地撒在水面上以上操作的合理順序是________(填字母代號)。(3)若實驗時爽身粉撒得太厚，則所測的分子直徑會________(選填“偏大”或