高中物理一轮复习精品资料实验十一用油膜法估测分子大小高中物理

实验十一用油膜法估测分子大小一、考情分析考试大纲考纲解读实验十一：用油膜法估测分子的大小Ⅰ二、考点知识梳理1、实验目的：学习一种估测分子大小的方法。2、实验原理把一滴油酸（油酸的分子式为）滴到水面上，油酸的一个分子可以看成由两局部组成，一局部是，另一局部是COOH，COOH对水有很强的亲合力，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，在水面上形成一层纯油酸薄膜，其中局部冒出水面，而COOH局部留在水中，油酸分子直立在水面上，形成一个单分子层油膜，如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可认为等于油酸分子的直径，如右以以下图所示是单分子油膜侧面的示意图，如果事先测出油酸液滴的________，再测出油膜的___________，就可以估算出油酸分子的直径。油膜法测分子大小的理想化条件（1）把在水面上尽可能充分散开的油膜视为_________；（2）把形成单子油膜的分子视为严密排列的________分子。三、考点知识解读剖析：（一）、实验步骤8/8（1）往边长约30cm—40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上。（2）用注射器或滴管将事先配制好的酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加1mL时的滴数。（3）用注射器或滴管将事先配制好的酒精溶液滴在水面上一滴，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中，并很快挥发，在水面上形成如上图所示形状的一层纯油酸薄膜。（4）待油酸薄膜的形状确定后，将事先准备好的有机玻璃板放在浅盘上，然后将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃上。（5）将画有油酸薄膜轮廊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1cm的正方形为单位，计算轮廊内正方形的个数，缺乏半个的舍去，多于半个的算一个）。（6）根据配制的酒精油酸溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V。（7）根据一滴油酸的体积V和薄膜的面积S，即可算出油酸薄膜的厚度，即油酸分子的大小。（二）.本卷须知（1）油酸溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度，产生实验误差大。（2）注射器针头高出水面的高度应在1cm之内，当针头靠水面很近（油酸未滴下之前）时，会发现针头下方的粉层已被排开，是由于针头中的酒精挥发所致，不影响实验效果。（3）实验之前要训练好滴法。（4）待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廊，扩散后又收缩有两个原因：第一，水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩。8/8（5）当重做实验，水从盘的一侧边缘倒出。在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精洗，并且脱脂棉擦去。再用清水冲洗，这样可保持盘里的清洁。（6）从盘里的中央加痱子粉，使粉自动扩散至均均，这是由于以下两种因素所致：第一，加粉后水的外表张力系数变小，水将粉粒拉开；第二，粉粒之间的排斥，这样做，比将粉撒在水面上的实验效果好。（7）本实验只要求估算分子大小，实验结果数量符合要求即可。（8）向水面只能滴一滴油酸。（9）在求油酸膜面积时，以坐标纸上的方格（边长为1cm）的数目来计算，方格中缺乏半个的舍去，多于半个算一个。（10）计算分子直径时，注意滴加的不是纯油酸，而是酒精油酸溶液，应用一滴溶液的体积乘以溶液的体积百分比浓度。[例题]在“用油膜法估测分子大小”实验中所用的油酸酒精溶液的浓度为1000ml，溶液中有纯油酸0.6ml，用注射器测得1ml上述溶液为80滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图实12-1所示，图中正方形方格的边长为1cm，试求：图实11-2（1）油酸膜的面积是___________cm2；（2）实验测出油酸分子的直径是___________m；（结果保存两位有效数字）（3）实验中为什么要让油膜尽可能散开？______________________________________________________________________________.【解析】（1）求油膜面积时，先数出“整”8/8方格的个数，对剩余小方格的处理方法是：缺乏半个的舍去，多于半个的等于一个，数一下共有113—115个.一个小方格的面积S0=L2=1cm2，所以面积S=(113—115)×1cm2=（113—115）cm2.（2）一滴纯油酸的体积V=×ml=7.5×10-11m3油酸分子直径d==m=（6.5×10-10∽6.6×10-10）m.    【变式训练1】体积为1.2×10-3cm3的油滴在静止的水面上扩展为4m2的单分子油膜，假设分子间是严密排列的，那么可估算出这种油分子的直径为_____________________，1mol这种油的体积为_____________________，油分子的质量为_____________________.（油的密度为0.8×103kg/m3）.【解析】油分子的直径：d==m=3×10-10m.一个油分子的体积：V=πd3.1mol油的体积：V0=V·NA=πd3·NA=×3.14×(3×10-10)3×6×1023m3=8.5×10-6m3.1mol油的质量：M0=ρV0.一个油分子的质量：m====ρ·πd3=0.8×103××3.14×(3×10-10)3kg=1.1×10-27kg.四、考能训练1.“用油膜法估测分子的大小”实验的科学依据是（）A.将油膜看成单分子油膜B.不考虑各油酸分子间的间隙C.考虑了各油酸分子间的间隙D.将油膜分子看成球形2.用油膜法测出分子直径后，要测出阿伏加德罗常数，只需知道油滴的（）A.摩尔质量B.摩尔体积C.体积D.密度8/83.利用油膜法测出了分子直径D后，假设滴在液面上一滴油酸的体积为V，水面上形成的油膜面积为S，这滴油酸中的油酸分子数为N，阿伏加德罗常数为NA，那么下述表达式近似正确的选项是（）A.V=NπD3B.S=NπD2C.V=NADSD.S=NAπD24.在做“用油膜法估测分子直径的大小”的实验时，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(缺乏半个的舍去,多于半个的算一个),再根据方格的边长求出油膜的面积SB.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2cm深的水,然后把痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上D.用公式L=,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VF.用注射器或滴管将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.5.为了减小“用油膜法估测分子的大小”的误差，以下方法可行的是（）A.用注射器向量筒里滴100滴油酸酒精溶液，并读出量筒里这些溶液的体积V1，那么每滴油酸酒精溶液的体积V2=B.把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小一些C.先在浅盘水中撒些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液滴4滴在水面上D.用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成矩形6.在做“用油膜法估测分子直径的大小”的实验中，备有以下器材：用酒精稀释过的油酸、滴管、痱子粉、浅盘及水、玻璃板、彩笔，还缺少的器材有______________________.7.在用“油膜法估测分子的大小”的实验中，假设用直径为0.5m的浅圆盘盛水，要让油酸在水面上形成单分子油酸膜，假设用纯油酸，而不配制溶液，那么油酸滴的体积的数量级不能大于___________m3.8.某种不溶于水的油剂的密度是8×102kg/m3.取该油剂0.8mg滴在水面上，最后形成的油膜面积最大可达____________m2.8/89.本实验利用油酸在水面上形成一单分子层的油膜，估测分子大小。实验步骤如下：①将5mL的油酸倒入盛有酒精的玻璃量杯中，盖上盖并摇动，使油酸均匀溶解形成油酸酒精溶液，读出该溶液的体积为NmL。②用滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入空量杯中，记下当杯中溶液到达1mL时的总滴数n。③在边长约40cm的浅盘里倒入自来水，深约2cm，将少许石膏粉均匀地轻轻撒在水面上。④用滴管往盘中水面上滴一滴油酸酒精溶液。由于酒精溶于水而油酸不溶于水，于是该滴中的油酸就在水面上散开，形成油酸薄膜。⑤将平板玻璃放在浅方盘上，待油酸薄膜形成稳定后可认为已形成单分子层油酸膜。用彩笔将该单分子层油酸膜的轮廓画在玻璃板上。⑥取下玻璃板放在方格子上，量出该单分子层油酸膜的面积。在估算油酸分子大小时，可将分子看成球形。用以上实验步骤中的数据和符号表示，油酸分子的半径r=。10.利用油膜法可以粗略测定油酸分子的直径，把纯的油酸配置成1/500的油酸酒精溶液，用注射器滴出油酸酒精液滴，已知1毫升油酸酒精溶液可以滴出150滴，取其中的一滴滴在平静的水面上，测出其面积为225平方厘米，试计算油酸分子的直径。11．在粗测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：①取油酸1.00mL注入250mL的容量瓶内，然后向瓶中参加酒精，直到液面到达250mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸的酒精溶液。②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒到达1.00mL为止，恰好共滴了100滴。8/8③在水盘内注入蒸馏水，静止后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，形成一油膜。④测得此油膜面积为3.60×102cm2。（1）这种粗测方法是将每个分子视为，让油酸尽可能地在水面上散开，那么形成的油膜面积可视为，这层油膜的厚度可视为油分子的。（3分）（2）利用数据可求得油酸分子的直径为m。（5分）12.利用单分子油膜法可粗略测定分子的大小和阿佛加德罗常数，如果已知体积为V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜面积为S，那么这种油分子的直径表达式D＝___________；如果这种油的摩尔质量为M，密度为ρ，写出阿佛加德罗常数的表达式为NA＝__________．图实11-313．在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得1mL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11-3所示，坐标中正方形方格的边长为2cm，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；（3）按以上实验数据估测出油酸分子的直径。五、宽乘高“用油膜法估测分子大小”的实验指导8/8用油膜法估测分子的大小这一学生实验，是要让学生学习一种方法，即用宏观手段来研究微观问题，该实验具有很强的探索性，因此指导学生做好这个实验是十分有意义的.要做好这个实验，需注意以下三个主要问题.一、浓度配制教材中要求教师事先配制好一定浓度的酒精油酸溶液，并无明确指明要配多大的浓度、而这一浓度大小的选择正是这个实验成功的关键.通过屡次试验，我们认为浓度选取1‰较适宜.配制浓度为l‰的油酸溶液可经两次配制.第一次配制，在100ml量筒中准确地放人96ml无水乙醇，再用5ml量简量入4ml油酸，充分搅拌后，得到4％浓度的油酸溶液.第二次配制，取97.5ml的无水乙醇放入另一个100ml量筒中，用5ml量筒准确量入第一次配好的浓度为4％的油酸溶液2.5ml，充分搅拌，便得到l‰的油酸溶液.通过两次配制，既可减小取液时的相对误差，又可用尽量少的液体配出.较准确浓度的溶液.在配制过程中应注意，(1)小量简量取的溶质要全部放入溶液；(2)充分搅拌；(3)油酸溶液配制后不要长时间放置，以免酒精挥发改变浓度.二、粉的厚度实验中痱子粉的作用是界定油膜大小的边界，痱子粉过厚，油膜不易扩散，使水面的痱子粉开裂，痱子粉太少，油膜边界不清.教材中要求学生将痱子粉均匀地撒在水面上，如何“撒”.这是关键，为了让学生撒好痱子粉，可先将痱子粉装入小布袋中，然后拿一细木棒在水面上方轻敲布袋，即可得到均匀的、很薄的一层痱子粉.具体撒多薄的痱子粉，教师要事先试验.心中有数，并指导学生操作.三、点的滴法实验时，把配好的浓度为1‰的油酸溶液约(3ml一5ml)分到5ml量筒中，发给各小组，让学生用液管抽取溶液，一滴一滴地滴入小量筒，训练准确、均匀地滴点.在练习之前，教师应示范滴管的拿取姿势，用左手食指、中指挟住滴管的中部.右手拇指和食指摄住滴管的胶头，两手掌靠拢.形成一个稳定的姿势，再把两肘支在桌上，这样可保证滴出每滴溶液时所用的力始终不变，数出的滴数误差就会减小.学生按上述方法操作，记下小量筒内增加一定体积(例如lml)时的滴数.接下来把一滴油酸溶液滴入撒好痱子粉的水面中央，这滴油酸溶液立刻伸展为一个80cm2，140cm2左右的以痱子粉为边界的近圆形油膜，边缘是锯齿形，当油膜中的无水乙醇挥发、溶解后.油膜便自动收缩为60cm2－120cm2的近圆形油膜.浅盘上盖好玻璃，用彩笔描出油膜边界，用坐标纸量出油膜面积.注意了以上三个问题后，这个实验就不难成功了，实验过程中，另外注意浅盘选深度为5cm左右的圆盘，口径选40cm以上，底色用棕、黑等深色，痱子粉应保证枯燥，浅盘中的水应提前放置(静置)10小时以上，滴管往浅盘水面上滴油酸溶液时，滴管口距下面的高度应在1cm之内，当重做实验时，应用大量清水把钱盘及量筒、滴管洗净，有条件的学校如用热水清洗或酒清擦试后再冲洗效果更佳.总之，只要教师精心准备，对学生认真指导，那么可观察到应有的实验现象，一定会得到与油酸分子公认值1.12×10-9很接近的测量估算值8/8