實驗09：用油膜法估測分子直徑(優(yōu).選)

1、實驗九：用油膜法估測分子直徑 【實驗播放】 1實驗?zāi)康模?(1) 知道本實驗的原理及所需的器材，了解實驗注意的事項。 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) 會計算分子的大小，處理好實驗數(shù)據(jù)。 (4) 領(lǐng)會本實驗方法構(gòu)思的特點，理解間接測量微觀量的思想。 2、實驗原理： 油酸分子的一端具有親水性，另一端具有憎水性，當(dāng)把酒精稀釋過的油酸滴在水面 上時，油酸便在水面上散開，其中酒精溶于水，并很快揮發(fā)，在水面上形成有自由邊界 的一層純油酸薄膜，形成單分子油膜。如果將油酸看作是球狀模型，測出一定體積的油 酸溶液在水面上形成的油膜面積，計算出油膜的厚度，這個厚度就等于分子的直徑

2、。 3、實驗器材 盛水的容器，在溶液刻度并能使油滴溶液一滴一滴下落和滴管或注射器，一個量筒， 按一定的比例(一般為1： 200)稀釋了的油酸溶液，帶有坐標(biāo)方格的透明有機玻璃蓋板(面 積略大小容器的上表面積)，少量痱子粉或石膏粉，彩筆。 4、實驗步驟 (1) 用注射器或滴管將一定容積的油酸溶液一滴一滴地滴入量筒，記下量筒內(nèi)增加一 定體積的滴數(shù)，求出一滴油酸溶液中所含純油酸的體積V。 (2) 向容器中倒入約 2cm深的水，將痱子粉均勻地撒在水面上。 (3) 小心地將一滴油酸溶液滴到水面上，讓它在水面上自由地擴展為油酸膜。 (4) 輕輕地將有機玻璃蓋板放到容器上，用彩筆將油酸膜的形狀畫在玻璃板上。

3、利用坐標(biāo)方格計算出油膜的面積S,再根據(jù)一滴溶液中純油酸的體積和油膜的面 積求出油膜的厚度 D =V，即為所測分子和直徑。 S 5、數(shù)據(jù)處理 (1)計算分子直徑時，注意加的不是純油酸，而是酒精油酸溶液，在利用公式d=V計 S 算時，式中的 V不是溶液的體積而應(yīng)該進行換算，計算出 1滴酒精油酸溶液中純油酸 的體積，方法是：設(shè)n滴酒精油酸溶液是1mL ,則每1滴的酒純油酸溶液的體積是 1 mL , n 111 事先知道配制溶液的比例是 一，貝U 1滴溶液中的純油酸體積 V=- 一 mL。式中的S Mn M 是滴入水中后，純油酸形成的油膜，其面積用數(shù)坐標(biāo)紙上對應(yīng)的格數(shù)來計算，以1cm為 邊長的坐標(biāo)紙上

4、占了多少個格，其面積就是多少平方厘米，數(shù)格時，不足半個格的舍去， 多于半格的算1個格這樣就可粗略地計算出油酸分子的直徑. 6、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。 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：第 一是水面受油酸滴沖擊凹陷后恢復(fù)；第二是酒精揮發(fā)后液面收縮. 利用坐標(biāo)求油膜面積時，以邊長 1cm的正方形為單位，計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù) 時，不足一個的均算半個。 (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

5、水沖洗這樣可保持盤的清潔. 7、誤差分析 (1)由于我們是采用間接測量的方式測量分子的直徑，實驗室中配制的酒精溶液的濃 度、油酸在水面展開的程度、油酸面積的計算都直接影響測量的準(zhǔn)確程度。 雖然分子直徑的數(shù)量級應(yīng)在10-10m。但中學(xué)階段，對于本實驗只要能測出油酸分 子直線的數(shù)量級在10-9m上即可認(rèn)為是成功的。 【試題解析】 rr r riTTTETn-n 例1在做“用油膜法估測分子大小”的實驗中， 所用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75滴.把1滴該溶 液滴人盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺 盤上，用筆在玻璃板上描出油酸的輪廓，再

6、把玻璃板放 在坐標(biāo)紙上，其形狀和尺寸如圖1所示.坐標(biāo)中正方形 方格的邊長為1cm，試求： (1) 油酸膜的面積是多少 cm2 ? (2) 每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積？ 按以上實驗數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑. 解析(1)由圖形狀，其中正方形方格 87個，用補償法近似處理，可補 19個整小方 格.實際占小方格 87+19=106，那么油膜面積 S=106 X 1 cm2=106 cm2. 由1mL溶液中有75滴，1滴溶液的體積 1 mL .又每104mL溶液中有純油酸 6mL , 1 6 1 75mL溶液中純油酸的體積V市X 75 mL=8 X 10-6mL. 油酸分子直徑 D= V =7.

7、5 X 10-10m。 例2 在用油膜法估測分子的大小實驗中，已知一滴溶液中油酸的體積為V，配制 的油酸溶液中，純油酸與溶液體積之比為1： 500，1mL溶液油酸25滴，那么1滴溶液 的體積是 mL，所以一滴溶液中油酸體積為 cm3，若實驗中測得結(jié)果如下 表所示，請根據(jù)所給數(shù)據(jù)填寫出空白處的數(shù)值，并與公認(rèn)的油酸分子長度值Lo=1.12 X 10-10m做比較，并判斷此實驗是否符合數(shù)量級的要求. 次數(shù) S(cm2) L冷（10伽 l的平均值 1 533 2 493 3 563 1 解析由題給條件得，1滴溶液的體積 V= 一 mL，由題意可知：1滴溶液中油酸體 25 積-1 X 丄 cm3=8 X

8、 10-5cm3. 50025 據(jù)此算得3次測得L的結(jié)果分別為1.50 X 10-7cm、1.62 X 10-7cm、1.42 X 10-7cm，其 平均值l= L1 L2 L3 =1.51 x 10-7cm =1.51 X 10-10m,這與公認(rèn)值的數(shù)量級相吻合，故本 3 次估測數(shù)值符合數(shù)量級的要求. 【實驗拓展】 1. 學(xué)科間綜合 例3 油酸分子式是 C17H33COOH，其中對水有很強的親和力，故當(dāng)它 滴入水中時，油酸分子能 在水中，形成一個 油膜. 解析 油酸的化學(xué)分子式是 C17H33COOH 它的一個分子可以設(shè)想為兩部分組成: 部分是C17H33-，它不受水的吸引；另一部分是 -C

9、OOH，它對水有很強的親合力.經(jīng)過 酒精稀釋的油酸滴在水面上形成近似圓形的油膜， 酒精溶于水并揮發(fā)后，在水面上形成一層單分子純 油酸層，其中C17H33-冒出水面，而-COOH部分在水 中如圖2所示，估算油酸分子的最大長度只需求 出這層油膜的厚度即可. 2. 分子間距離的計算 例4 如圖3所示,食鹽（NaCI）的晶體是由鈉離子（圖中O ）和 氯離子（圖中）組成的這兩種離子在空間中三個互相垂直的方 向上,都是等距離地交錯排列的.已知食鹽的摩爾質(zhì)量是 58.5g/mol,食鹽的密度是2.2g/cm3.阿伏伽德羅常數(shù)為6.0 X 1023mol-1 .在食鹽晶體中兩個距離最近的鈉離子中心間的距離的

10、數(shù)值最接近于（就下面四個數(shù)值相比）. A.3.0 x 10-8cmB.3.5 x 10-8cm C.4.0 x 10-8cmD.5.0 x 10-8cm 解析由題意可知，每立方厘米所含食鹽的摩爾數(shù)為a=2Mmol/cm3，其所包含的 58.5 分子數(shù)為n= Z：2 x 6.0 x 1023=2.26 x 1022個/cm3，則所含離子數(shù)為2n,則每個離子所占有 58.5 的體積為Vo= x 10-22cm3=2.2 x 10-23 cm3，將離子視為立方體，則兩個距離最近的 2 2.26 鈉離子中心間的距離為其立方體的邊長的、2倍，即d=、.2 3 v0 =3.9 x l0-8cm，即答案 C

11、正確。 【考點訓(xùn)練】 1 .如何利用注射器較準(zhǔn)確地測出1 mL油酸溶液的體積？ 2 在做“用油膜法估測分子的大小”實驗中，準(zhǔn)備以下器材：酒精稀釋過的油酸、 滴管、痱子粉、淺盤及水、玻璃板，還缺少的器材有（） A .彩筆B .量筒 C .方格坐標(biāo)紙D .深水槽 3 在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，關(guān)于油膜面積的測量方法，下列做法 中正確的是 （） A 油酸酒精溶液滴入水中后，應(yīng)立即用刻度尺去量油膜的面積 B 油酸酒精溶液滴入水中后，應(yīng)讓油膜盡可能地散開，再用刻度尺去量油膜的面積 C 油酸酒精溶液滴入水中后，應(yīng)立即將油膜的輪廊畫在玻璃板上，再利用坐標(biāo)紙去 計算油膜的面積. D .油酸酒精溶液

12、滴入水中后， 應(yīng)讓油膜盡可能散開， 再把油膜的輪廓畫在玻璃板上， 然后用坐標(biāo)紙去計算油膜的面積. 4 在做“用油膜法測分子大小”的實驗中，為什么要待容器中的水穩(wěn)定后才進行測 量？若油酸分子直徑的數(shù)量級為10-10m，某同學(xué)的測量結(jié)果大于這個數(shù)量級，試分析可能 的原因. 5 下列關(guān)于“用油膜法估測分子的大小”說法中，錯誤的是（） A 油膜法可以非常準(zhǔn)確地將油膜分子的直徑測量出來 B 油膜法只能估測出分子直徑的數(shù)量級 C .為了使測量更準(zhǔn)確些，應(yīng)該保持容器的清潔，在實驗過程中注意淺盤的穩(wěn)定性 D .實驗的誤差主要出在數(shù)出1 mL溶液可以滴多少滴以及一滴溶液中含有多少體積 純油酸的計算上，為準(zhǔn)確起見

13、，應(yīng)在實驗前加強練習(xí)，多測幾次取平均值 6. 在計算一滴稀釋油酸的體積時，要數(shù)出1mL溶液中可以滴n滴，從而計算出一 滴溶液中含有 mL的純油酸.（每1 mL溶液含L mL純油酸） 7 .對于油酸分子豎立在水面上，下列說法正確的是（） A .油酸分子可分為兩個部分，其中 -COOH對水有很強的親和力，故能使油酸分子 豎立漂在水面上，形成單分子油膜層 B .油酸分子可分為兩個部分，其中C17H33-對水有很強的親和力，故能使油膜分子 豎立在水中，形成單分子油膜層 C. 油膜分子豎立水中時，油膜分子兩個部分中的-COOH留在水里，C17H33-露出水 面 D .油膜分子豎立水中時，它兩個部分中的-

14、COOH露出水面而C17H33-留在水中 (3) 根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑. 【答案與提示】 1. 在將注射器中注滿油酸溶液后，應(yīng)首先使針頭朝上，把氣泡排出，再使注射器針頭豎 直朝下.一般來說用手下推活塞很難保證活塞勻速運動，易造成油滴大小不一，而拔出 活塞，讓油酸溶液在重力作用下自由滴下效果較好. 2. ABC 3. 對實驗要點熟悉之后，很容易得出答案：D. 4 因水不穩(wěn)定時易發(fā)生波動及振動，不易形成完整、準(zhǔn)確的膜，從而導(dǎo)致誤差較大原 因可能是油酸酒精濃度過大，一滴混合溶液中油酸的體積就大，形成單分子的油膜面積 就大而盛水的容器面積不夠，油酸散到容器邊上時散不開，即不能形成盡量薄的

15、單分 子油膜，造成測量誤差較大也可能盛水容器太小，痱子粉撒得過厚也是造成測量誤差 的原因. 5. A 6. 7. AC & 球形單分子油膜直徑 (2)1.11 X 10-9。 9蒸餾水中不含雜質(zhì)，不致對實驗產(chǎn)生影響，因此A選項正確在向水中滴油酸溶液液 滴時，注射器針尖要盡量靠近水面，避免對水面產(chǎn)生太大的沖擊如果液滴下落高度太 大，對水面沖擊太大，會形成爆炸式的、含有大鋸齒形的油膜面，給測量造成困難同 時，滴液滴時還要求滴在膜的中央，因此B選項錯誤在描繪油膜形狀時，蓋板離水面 近些便于描繪，C選項正確同時還要注意：眼睛應(yīng)在油膜的正上方，并使視線與油 膜垂直；在描繪過程中要避免引起水面振動在油酸溶液液滴滴入水中后，會發(fā)現(xiàn)油 膜面積先增大、后減小的現(xiàn)象，這是因為油膜中的無水乙醇的溶解和蒸發(fā)需要時間，一 般在大油膜形成后12 s的時間，就可以收縮成穩(wěn)定的、面積較小的油膜，應(yīng)在此時測