2017屆高中物理第一章分子動理論第二講測量分子的大小教案粵教版選修.docx

第二講測量分子的大小目標(biāo)定位1.理解用油膜法測量分子大小的原理，學(xué)會利用宏觀量測定微觀的數(shù)量級的方法.2.通過用油膜法測定分子大小的實驗，學(xué)會用理想化模型來處理實際問題.3.通過探究學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和嚴(yán)謹(jǐn)、求實的科學(xué)素養(yǎng). 一、實驗原理1.理想化：把很小的一滴油酸滴在水面上，水面上會形成一塊油酸薄膜，薄膜是由單層的油酸分子組成的.2.模型化：在估測油酸分子大小的數(shù)量級時，可以把它簡化為球形，認(rèn)為油膜的厚度就是油酸分子的直徑.3.測量：油膜的厚度就等于油酸分子的直徑，即d.二、實驗器材注射器(或滴管)、小量筒、淺盤、玻璃板、痱子粉或細(xì)石膏粉、水、酒精、油酸、彩筆、坐標(biāo)紙.一、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小.油酸的分子式為C17H33COOH，它的一個分子可以看成由兩部分組成：一部分是C17H33，另一部分是COOH.其中COOH對水有很強的親和力，當(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))，在水面上形成近似圓形的一層純油酸薄膜，如圖1甲所示.其中C17H33部分冒出水面，而COOH部分留在水中，油酸分子直立在水面上，形成一個單分子層油膜，如圖乙所示.圖1實驗中如果算出一定體積的純油酸在水面上形成的單分子油膜的面積S，即可估算出油酸分子直徑的大小d.二、實驗器材已稀釋的油酸若干毫升(體積配比為1200)；淺盤一只(30cm40cm)；注射器(或滴管)1支；帶方格的透明塑料蓋板1塊；量筒1個；彩色水筆1支；痱子粉(或石膏粉)(帶紗網(wǎng)或粉撲).三、實驗與收集數(shù)據(jù)(1)用注射器或滴管將老師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)增加一定體積(例如1mL)時的滴數(shù).計算出每滴液滴體積的平均值，如圖2(A).圖2(2)如圖(B)所示，在水平放置的淺盤內(nèi)倒入約2cm深的水，用紗網(wǎng)(或粉撲)將適量痱子粉輕輕撒在水面上.(3)如圖(C)所示，用滴管將一滴油酸溶液輕輕滴入水面中央，待油膜形狀穩(wěn)定后，在淺盤上蓋上塑料蓋板，用彩筆描出油膜的邊緣輪廓，如圖(D)所示.(4)將畫有油酸薄膜輪廓的塑料板放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S.(5)根據(jù)老師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，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d，即油酸分子的大小.(6)洗滌淺盤，擦去塑料蓋板上的油膜輪廓線，重復(fù)實驗23次.四、分析與論證1.數(shù)據(jù)處理在利用公式d計算時(1)式中的V是1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積.計算方法是：設(shè)n滴油酸酒精溶液是1mL，則每1滴的油酸酒精溶液的體積是mL，事先知道配制溶液的濃度為，則1滴溶液中的純油酸體積VmL.(2)式中的S是滴入水中后純油酸形成的油膜面積，其大小用坐標(biāo)紙上對應(yīng)的格數(shù)來計算，數(shù)格時，不足半個的舍去，多于半個的算1個.2.實驗結(jié)論分析得到的實驗數(shù)據(jù)，可得出這樣的結(jié)論：油酸分子直徑的數(shù)量級是1010m.五、注意事項1.痱子粉不要撒得太多，只要能夠幫助看清油膜邊界即可.2.滴入油酸溶液時，一定要細(xì)心，不要一下滴得太多，使油膜的面積過大.3.待測油酸擴散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓.4.利用坐標(biāo)紙求油膜面積時，以邊長為1cm的正方形為單位，計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)時，大于半個的均算一個.5.當(dāng)重做實驗時，水從盤的一側(cè)邊緣倒出，在這側(cè)面會殘留油酸，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.例1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?jǐn)?shù))的油酸酒精溶液、最小刻度0.1mL的量筒、盛有適量清水的4550cm2淺盤、痱子粉、橡皮頭滴管、玻璃板、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%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)NB.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)nC.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1cm的正方形為單位，計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，算出油酸薄膜的面積Scm2(2)用已給的和測得的物理量表示單個油膜分子的直徑大小cm.答案(1)見解析(2)解析(1)由步驟D即可提示出，步驟C應(yīng)該是：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)dm102mcm.例2在做“用油膜法估測分子的大小”實驗中，油酸酒精溶液的濃度為每104mL溶液中有純油酸6mL，用注射器測得1mL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，在玻璃板上描出油膜的輪廓，隨后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀如圖3所示，坐標(biāo)紙中正方形小方格的邊長為20mm，則：圖3(1)油膜的面積是多少？(2)每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？(3)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑是多少？答案(1)2.32102m2(2)1.21011m3(3)5.21010m解析(1)油膜輪廓包圍的方格數(shù)約58個，則油酸膜的面積S58(20103)2m22.32102m2.(2)每滴溶液中含純油酸的體積VmL1.2105mL1.21011m3(3)油酸分子的直徑dm5.21010m.借題發(fā)揮解答本題的關(guān)鍵是準(zhǔn)確計算油膜所占的面積和純油酸的體積.數(shù)方格數(shù)時，不足半個格的舍去，大于半個格的算一個，即“四舍五入”.1.用油膜法測分子大小時，采用的理想化條件是()A.把在水面上盡可能充分散開的油膜視為單分子油膜B.把形成單分子油膜的分子看做緊密排列的球形分子C.把油膜視為單分子油膜，但需考慮分子間隙D.油酸酒精溶液中的酒精完全溶于水答案AB解析由用油膜法估測分子的大小的實驗可知，將體積為V的油膜液滴滴在水面上，形成面積為S的油膜，由此可以估算出油酸分子的直徑為d，這顯然是將油膜視為單分子層，將油酸分子視為球形且認(rèn)為分子是緊密排列的，公式d中，并沒有將分子間隙所占體積除外，D項中酒精也可以揮發(fā)掉一部分，是否完全溶于水對本實驗無影響.本題的正確選項應(yīng)為A、B.2.在“油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，有下列實驗步驟：往邊長約為40cm的淺盤里倒入約2cm深的水，待水面穩(wěn)定后將適量的痱子粉均勻地撒在水面上.用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定.將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標(biāo)紙上，計算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和面積計算出油酸分子直徑的大小.用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)每增加一定體積時的滴數(shù)，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積.將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上.完成下列填空：(1)上述步驟中，正確的順序是.(填寫步驟前面的數(shù)字)(2)將1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液，測得1cm3的油酸酒精溶液有50滴.現(xiàn)取一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測得所形成的油膜的面積是0.13m2.由此估算出油酸分子的直徑為m.(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)答案(1)(2)51010解析(1)在“油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，應(yīng)先配制油酸酒精溶液，再往盤中倒入水，并撒痱子粉，然后用注射器將配好的溶液滴一滴在水面上，待油膜形狀穩(wěn)定，再將玻璃板放于盤上，用彩筆描繪在玻璃板上，根據(jù)d計算.(2)一滴溶液中含油酸體積Vm3，故d51010m.(時間：60分鐘)題組一實驗原理及步驟1.有關(guān)用油膜法估測分子直徑的理想條件錯誤的是()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答案B2.“用油膜法估測分子的大小”實驗的簡要步驟如下：A.將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，數(shù)出輪廓內(nèi)的方格數(shù)(不足半個的舍去，多于半個的算一個)，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上，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繪在玻璃板上.C.用淺盤裝入約2cm深的水.D.用公式d，求出薄膜厚度，即油酸分子的大小.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.上述步驟中有步驟遺漏或步驟不完整，請指出：(1).(2).上述實驗步驟的合理順序是.答案(1)C步驟中，要在水面上均勻地撒上痱子粉或石膏粉(2)實驗時，還需要：F.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，記下量筒內(nèi)增加一定體積時的滴數(shù)C、F、B、A、E、D解析在滴入油酸酒精溶液之前，應(yīng)將痱子粉或細(xì)石膏粉均勻地撒在水面上，這樣可以清楚地看出油酸的輪廓，另外，在實驗過程中，必須記下一滴油酸的體積.題組二數(shù)據(jù)處理與誤差分析3.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，1mL的溶液的滴數(shù)多記了10滴答案AC解析油酸分子直徑d.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偏大，A正確；油酸中含有大量的酒精，不影響結(jié)果，B錯誤；若計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格，使S變小，d變大，C正確；若求每滴體積時，1mL的溶液的滴數(shù)多記了10滴，使V變小，d變小，D錯誤.4.用油膜法測出油酸分子的直徑后，要測定阿伏加德羅常數(shù)，只需要知道油酸的()A.摩爾質(zhì)量B.摩爾體積C.體積D.密度答案B解析知道分子直徑后，可以求出分子的體積V0()3d3，若再知道摩爾體積，即可求出NA，即NA.5.某種油劑的密度為8102kg/m3，取這種油劑0.8g滴在水面上，最后形成油膜的最大面積約為()A.1010m2B.104m2C.1010cm2D.104cm2答案B解析由d，得Sm2104m2.6.在“用油膜法估測分子大小”的實驗中，若已知油的摩爾質(zhì)量為M，密度為，油滴質(zhì)量為m，油滴在液面上擴散后的最大面積為S，阿伏加德羅常數(shù)為NA，以上各量均為國際單位，那么()A.油滴分子直徑dB.油滴分子直徑dC.油滴所含分子數(shù)nNAD.油滴所含分子數(shù)nNA答案BC解析由油膜法得分子直徑d故B正確，A錯誤.又nnNANA故C正確，D錯誤.7.為了減小“用油膜法估測分子的大小”的誤差，下列方法可行的是()A.用注射器向量筒里逐滴滴入配制好的溶液至1毫升，記下滴數(shù)n，則1滴溶液含純油酸的體積VmLB.把淺盤水平放置，在淺盤里倒入一些水，使水面離盤口距離小一些C.先在淺盤水中撒些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液多滴幾滴在水面上D.用牙簽把水面上的油膜盡量撥弄成矩形答案B解析A項在計算一滴溶液中含純油酸體積時忘記乘以溶液的濃度，故A項說法錯誤；B項的做法是正確的；多滴幾滴能夠使測量形成油膜的油酸體積更精確些，但多滴以后會使油膜面積增大，可能使油膜這個不規(guī)則形狀的一部分與淺盤的壁相接觸，這樣油膜就不是單分子油膜了，故C項錯；D項中的做法沒有必要，并且牙簽上沾有油酸，會使油酸體積測量誤差增大.8.利用油膜法可粗略地測定分子的大小和阿伏加德羅常數(shù).若已知n滴油的總體積為V，一滴油形成的油膜面積為S，這種油的摩爾質(zhì)量為，密度為，則每個油分子的直徑d和阿伏加德羅常數(shù)NA分別為(球的體積公式VR3)()A.d，NAB.d，NAC.d，NAD.d，NA答案B解析一滴油體積為，故直徑d；油的摩爾體積為Vmol，一個油分子的體積為V0d3，故NA，故B正確.9.2010年5月5日，美國墨西哥灣原油泄漏事件引起了國際社會的高度關(guān)注，墨西哥灣沿岸生態(tài)環(huán)境正在遭遇“滅頂之災(zāi)”，相關(guān)專家指出，污染可能導(dǎo)致墨西哥灣沿岸1000英里長的濕地和海灘被毀，漁業(yè)受損，脆弱的物種滅絕.若在海洋中泄漏1t原油可覆蓋12km2的海面，則油膜厚度大約是分子直徑數(shù)量級的倍.(已知原油的密度為0.91103kg/m3，結(jié)果保留一位有效數(shù)字)答案9102解析原油的體積Vm3，則形成的油膜厚度就應(yīng)為dm9108m，9102，所以約是分子直徑數(shù)量級的9102倍.10.某同學(xué)在進行“用油膜法估測分子的大小”的實驗前，查閱數(shù)據(jù)手冊得知：油酸的摩爾質(zhì)量M0.283kgmol1，密度0.895103kgm3.若100滴油酸的體積為1mL，則1滴油酸所能形成的單分子油膜的面積約是m2.(取NA6.021023mol1，球的體積V與直徑D的關(guān)系為VD3，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案10解析一個油酸分子的體積V，又VD3，得分