實驗十九用油膜法估測分子的大小

第十四章熱學(xué)實驗十九用油膜法估測分子的大小目錄CONTENT立足“四層”·夯基礎(chǔ)著眼“四翼”·探考點0201Part01立足“四層”·夯基礎(chǔ)?一、實驗?zāi)康?/p>

用油膜法估測油酸分子的大小。二、實驗原理

實驗采用使油酸在水面上形成一層單分子油膜的方法估測分子的大?。ㄓ退岱肿雍喕汕蛐危．?dāng)把一滴用酒精稀釋過的油酸滴在水面上時，油酸就在水面上散開，其中的酒精溶于水中并很快揮發(fā)，在水面上形成一層純油酸薄膜，如圖所示。

三、實驗器材清水、酒精、油酸、量筒、淺盤（邊長約30～40

cm）、注射器（或滴管）、玻璃板（或有機玻璃板）、彩筆、爽身粉（石膏粉）、坐標紙、容量瓶（500mL）。四、實驗過程1.往邊長約為30～40cm的淺盤里倒入約2cm深的水，然后將爽身粉或石膏粉均勻地撒在水面上。2.用注射器或滴管將事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)增加1mL時的滴數(shù)。3.用注射器或滴管將事先配制好的酒精油酸溶液滴在水面上一滴，油酸就在水面上散開，其中的酒精溶于水中，并很快揮發(fā)，在水面上形成如圖所示形狀的一層純油酸薄膜。4.待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將事先準備好的有機玻璃板放在淺盤上，然后將油酸薄膜的形狀用彩筆畫在玻璃上。5.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(nèi)正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個。6.根據(jù)配制的油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V。7.根據(jù)一滴油酸的體積V和薄膜的面積S，即可算出油酸薄膜的厚度，即油酸分子的大小。

六、誤差分析1.油酸酒精溶液的實際濃度和理論值間存在偏差。2.一滴油酸酒精溶液的實際體積和理論值間存在偏差。3.油酸在水面上的實際分布情況和理想中的“均勻”“單分子純油酸層”間存在偏差。4.采用“互補法”（即不足半個舍去，大于半個的算一個）計算獲得的油膜面積與實際的油膜面積間存在偏差。七、注意事項1.在水面上撒爽身粉或石膏粉時，注意不要觸動淺盤中的水。2.在有機玻璃板上描繪輪廓時動作要輕而迅速，眼睛視線要始終與玻璃板垂直。3.油酸酒精溶液配制后不要長時間放置，以免改變濃度，產(chǎn)生誤差。4.注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1cm之內(nèi)。當(dāng)針頭靠水面很近（油酸未滴下之前）時，會發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開，是由針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果。5.待測油酸面擴散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓。6.當(dāng)重做實驗時，水從盤的一側(cè)邊緣倒出，在這側(cè)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，這樣可保持盤的清潔。Part02著眼“四翼”·探考點?【典例1】

（1）在做“用油膜法估測油酸分子大小”的實驗時，已經(jīng)準備的器材有：油酸酒精溶液、滴管、淺盤和水、玻璃板、彩筆，要完成本實驗，還缺少的器材有

?。解析

（1）在本實驗中，要用量筒量取酒精和油酸，從而配制油酸酒精溶液，先在水槽中灑上爽身粉，再將用酒精稀釋過的油酸用滴管滴到水面上，將玻璃板蓋在水槽上，在玻璃板上鋪上坐標紙，用彩筆畫出油膜的邊界，用數(shù)格子的方法得出形成的面積；則可根據(jù)體積公式求得分子直徑，故實驗中還需要：量筒、爽身粉及描繪圖形的坐標紙。答案

（1）量筒、爽身粉、坐標紙（2）在“用油膜法估測分子大小”的實驗中，在哪些方面作了理想化的假設(shè)

?；實驗中滴在水面的是油酸酒精溶液而不是純油酸，且只能滴一滴，這是因為

?；在將油酸酒精溶液滴向水面前，要先在水面上均勻撒些爽身粉，這樣做是為了

?。解析

（2）在“用油膜法估測分子大小”的實驗中，一般將油膜看成單分子膜，將油酸看作球形，將油酸分子看成是緊挨在一起的；實驗中滴在水面上的是油酸酒精溶液而不是純油酸，且只能滴一滴，這是因為純油酸粘滯力較大，直接測量體積時誤差太大；在滴入油滴之前，要先在水面上均勻撒上爽身粉，這樣做的目的是使油膜邊界清晰，便于描繪油膜形狀。答案

（2）將油膜看成單分子膜，將油酸分子看作球形，將油酸分子看成是緊挨在一起的

純油酸粘滯力較大，直接測量體積時誤差太大

使油膜邊界清晰，便于描繪油膜形狀（3）下面4個圖反映“用油膜法估測分子大小”實驗中的4個步驟，將它們按操作先后順序排列應(yīng)是

?（用符號表示）。

解析

（3）“油膜法估測油酸分子的大小”實驗步驟為：配制油酸酒精溶液→測定一滴油酸酒精溶液的體積→準備淺水盤→形成油膜→描繪油膜邊緣→測量油膜面積→計算分子直徑，因此操作先后順序排列應(yīng)是dacb。答案

（3）dacb

（4）在做“用油膜法估測分子大小”的實驗中，已知實驗室中使用的油酸酒精溶液的體積濃度為c，又用滴管測得每N滴這種油酸酒精溶液的總體積為V，將一滴這種溶液滴在淺盤中的水面上，在玻璃板上描出油膜的邊界線，再把玻璃板放在畫有邊長為a的正方形小格的紙上（如圖所示），測得油膜占有的小正方形個數(shù)為X。①每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積的表達式V0＝

?。②油膜的面積表達式S＝

?，從圖中可數(shù)出小正方形的有效個數(shù)X＝

?。③用以上字母表示油酸分子的大小D＝

?。

【典例2】

（1）在用油膜法估測分子大小的實驗中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入標注250mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250mL的溶液。然后用滴管吸取這種溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面達到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水淺盤中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜穩(wěn)定后，放在帶有正方形坐標格的玻璃板下觀察油膜，如圖甲所示。坐標格的每個小正方形大小為2cm×2cm。由圖可以估算出油膜的面積是

?cm2，由此估算出油酸分子的直徑是

?m（保留1位有效數(shù)字）。

答案

（1）256（252～260都對）

8×10－10（2）圖乙是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個“量子圍欄”的照片。這個量子圍欄是由48個鐵原子在銅的表面排列成直徑為1.43×10－8m的圓周而組成的，由此可以估算出鐵原子的直徑約為

?m（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。

答案

（2）9.4×10－10

?1.（2023·江蘇省新高考適應(yīng)性考試）在“用油膜法估測分子大小”的實驗中，將1mL的純油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液，用注射器測得1mL溶液為80滴，再滴入1滴這樣的溶液到準備好的淺盤中，描出的油膜輪廓如圖所示，數(shù)出油膜共占140個小方格，每格邊長是0.5cm，由此估算出油酸分子直徑為（

）A.7×10－8mB.1×10－8mC.7×10－10mD.1×10－10m

2.（2023·江蘇連云港二模）在“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，下列說法正確的是（

）A.為便于形成單分子油膜，配成的油酸酒精溶液濃度要低一些B.為使油酸和酒精充分混合，配成的溶液需靜置較長時間C.為清晰顯示油膜的邊界，滴入油酸酒精溶液后再撒上痱子粉D.為減小實驗誤差，選用的玻璃板上正方形方格要大一些解析：A

為便于形成單分子油膜，配成的油酸酒精溶液濃度要低一些，A正確；為了減小誤差，溶液應(yīng)現(xiàn)配現(xiàn)用，故B錯誤；正確操作步驟應(yīng)為在水面上先撒上痱子粉，再滴入一滴油酸酒精溶液，故C錯誤；為減小實驗誤差，選用的玻璃板上正方形方格要小一些，故D錯誤。Ⅰ.取油酸1.00mL注入800mL的容量瓶內(nèi)，然后向瓶中加入酒精，直到液面達到800mL的刻度為止，搖動瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液。Ⅱ.用滴管吸取制得的溶液并逐滴滴入量筒，記錄滴入的滴數(shù)直到量筒中的溶液達到1.00mL為止，恰好共滴了50滴。Ⅲ.在淺盤內(nèi)注入蒸餾水，待水面穩(wěn)定后將爽身粉均勻地撒在水面上，靜置后用滴管吸取油酸酒精溶液，輕輕地向水面滴1滴溶液，酒精揮發(fā)后，油酸在水面上散開形成一層油膜。3.在做“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，具體操作如下：Ⅳ.待油膜穩(wěn)定后，測得此油膜面積為1.30×102cm2。這種粗測方法是將每個分子視為球形，讓油酸盡可能地在水面上散開，則形成的油膜是由單層油酸分子組成的，這層油膜的厚度即可視為油酸分子的直徑。求：（1）1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積是

?mL。（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）

答案：（1）2.5×10－5

（2）油酸分子直徑是

?m。（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）

答案：（2）1.9×10－9

（3）某學(xué)生在做該實驗時，發(fā)現(xiàn)計算的直徑偏大，可能的原因是

?。

A.爽身粉撒得過多B.計算油膜面積時，舍去了所有不足一格的方格C.計算每滴油酸酒精溶液的體積時，1mL的溶液的滴數(shù)少記了幾滴D.在滴入量筒之前，配制的溶液在空氣中擱置了較長時間解析：（3）水面上爽身粉撒得過多，油膜沒有充分展開，則測量的面積S偏小，導(dǎo)致計算結(jié)果偏大，故A正確；計算油膜而積時，舍去了