學(xué)案3實驗十二：用油膜法估測分子的大小

1、 3.實驗器材有哪些？實驗器材有哪些？ 盛水淺盤、注射器盛水淺盤、注射器(或膠頭滴管或膠頭滴管)、試劑瓶、坐標紙、玻璃板、痱子粉、試劑瓶、坐標紙、玻璃板、痱子粉(或石膏或石膏粉粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩筆等。、油酸酒精溶液、量筒、彩筆等。 實驗采用使油酸在水面形成一層單分子油膜的方法估測分子實驗采用使油酸在水面形成一層單分子油膜的方法估測分子的大小。油酸對水有很強的親和力。當把一滴用酒精稀釋過的油的大小。油酸對水有很強的親和力。當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，并酸滴在水面上時，油酸就在水面上散開，其中的酒精溶于水，并很快揮發(fā)，在水面上形成如圖甲所

2、示形狀的一層純油酸單分子油很快揮發(fā)，在水面上形成如圖甲所示形狀的一層純油酸單分子油膜。膜。學(xué)案學(xué)案3 實驗十二：用油膜法估測分子的大小實驗十二：用油膜法估測分子的大小1.實驗?zāi)康氖鞘裁?？實驗?zāi)康氖鞘裁?？?）估測油酸分子的大小。）估測油酸分子的大小。（2）學(xué)會間接測量微觀量的原理和方法。）學(xué)會間接測量微觀量的原理和方法。2.實驗原理是怎樣的？實驗原理是怎樣的？圖甲圖甲圖乙圖乙 如果算出一定體積的油酸在水面上形成的單分子油膜的面積，如果算出一定體積的油酸在水面上形成的單分子油膜的面積，即可算出油酸分子直徑的大小。用即可算出油酸分子直徑的大小。用V表示一滴油酸酒精溶液中所含表示一滴油酸酒精溶液中所

3、含油酸的體積，用油酸的體積，用S表示單分子油膜的面積，用表示單分子油膜的面積，用d表示分子的直徑，表示分子的直徑，如圖乙所示，則如圖乙所示，則dV/S 一、實驗過程一、實驗過程 1.實驗步驟實驗步驟 (1)配制油酸酒精溶液。取配制油酸酒精溶液。取1 mL(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成的油酸溶于酒精中，制成200 mL的油酸酒的油酸酒精溶液。精溶液。 (2)往邊長約為往邊長約為30cm40cm的淺盤中倒入約的淺盤中倒入約2 cm深的水，然后將痱子粉或石膏粉深的水，然后將痱子粉或石膏粉薄而均勻地撒在水面上。薄而均勻地撒在水面上。 (3)用滴管用滴管(或注射器或注射器)向量筒中滴入向量筒中滴入

4、n滴油酸酒精溶液，使這些溶液的體積恰好為滴油酸酒精溶液，使這些溶液的體積恰好為1mL，算出每滴油酸酒精溶液所含的油酸體積，算出每滴油酸酒精溶液所含的油酸體積V0(1/n)mL。 (4)用滴管用滴管(或注射器或注射器)向水面上滴入向水面上滴入1滴油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散開，滴油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散開，形成單分子油膜。形成單分子油膜。 (5)待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將一塊較大的玻璃板蓋在淺盤上，用彩筆將油酸薄待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將一塊較大的玻璃板蓋在淺盤上，用彩筆將油酸薄膜的形狀畫在玻璃板上。膜的形狀畫在玻璃板上。 (6)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

5、面積。求面積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。求面積時，以坐標紙上邊長為時，以坐標紙上邊長為1cm的正方形為單位，數(shù)出輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半個的的正方形為單位，數(shù)出輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個。舍去，多于半個的算一個。 (7)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；據(jù)一滴油酸的體；據(jù)一滴油酸的體積積V和油膜的面積和油膜的面積S，算出油酸薄膜的厚度，算出油酸薄膜的厚度dV/S，即為油酸分子直徑的大小。比較，即為油酸分子直徑的大小。比較算出的分子直徑大小，看其數(shù)量級算出的分子直徑大

6、小，看其數(shù)量級(m為單位為單位)是否為是否為10-10m，若不是，若不是10-10 m須重做實須重做實驗。驗。 二、注意事項二、注意事項 1.為了防止油酸滴落時外濺，且容易形成較理想的油膜邊界，滴油酸酒精溶為了防止油酸滴落時外濺，且容易形成較理想的油膜邊界，滴油酸酒精溶液時針頭離水面高度為液時針頭離水面高度為1 cm較為適當。當針頭靠近水面時較為適當。當針頭靠近水面時(油滴未滴下油滴未滴下)，會發(fā)現(xiàn)，會發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已經(jīng)被排開，這是由于針頭中的酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果。針頭下方的粉層已經(jīng)被排開，這是由于針頭中的酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果。 2.畫輪廓時要等待油酸面擴散后又收縮穩(wěn)定時才

7、可進行。油酸擴散后又收縮畫輪廓時要等待油酸面擴散后又收縮穩(wěn)定時才可進行。油酸擴散后又收縮有兩個原因：一是由于水面受油酸滴沖擊凹陷后又恢復(fù)，二是酒精揮發(fā)時液面收有兩個原因：一是由于水面受油酸滴沖擊凹陷后又恢復(fù)，二是酒精揮發(fā)時液面收縮?？s。2.數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)，完成以下表格內(nèi)容。根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)，完成以下表格內(nèi)容。實驗次數(shù)實驗次數(shù)量筒內(nèi)增加量筒內(nèi)增加1 mL溶液時的滴數(shù)溶液時的滴數(shù)輪廓內(nèi)的小格子數(shù)輪廓內(nèi)的小格子數(shù)輪廓面積輪廓面積S12實驗次數(shù)實驗次數(shù)一滴溶液中純油一滴溶液中純油酸的體積酸的體積V分子的大小分子的大小(m)平均值平均值12 3.因為水和油酸都是無色透明的液體，所以

8、要用痱子粉來顯示油因為水和油酸都是無色透明的液體，所以要用痱子粉來顯示油膜的邊界。注意要從淺盤的中央加痱子粉。由于加痱子粉后水的表面膜的邊界。注意要從淺盤的中央加痱子粉。由于加痱子粉后水的表面張力系數(shù)變小，水將粉拉開，同時粉粒之間又存在著排斥作用，痱子張力系數(shù)變小，水將粉拉開，同時粉粒之間又存在著排斥作用，痱子粉會自動擴散至均勻。粉會自動擴散至均勻。 4.當重做實驗時，將水從淺盤的一側(cè)邊緣倒出時，在這側(cè)邊緣會當重做實驗時，將水從淺盤的一側(cè)邊緣倒出時，在這側(cè)邊緣會殘留油酸，為防止影響下次實驗時油酸的擴散和油膜面積的測量，可殘留油酸，為防止影響下次實驗時油酸的擴散和油膜面積的測量，可用少量酒精清洗

9、，并用脫脂棉擦去，再用清水沖洗，這樣可保持盤的用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去，再用清水沖洗，這樣可保持盤的清潔。清潔。 5.本實驗只要求估算分子的大小，實驗結(jié)果的數(shù)量級符合要求即本實驗只要求估算分子的大小，實驗結(jié)果的數(shù)量級符合要求即可?？?。 三、誤差分析三、誤差分析 1.純油酸體積的計算誤差。純油酸體積的計算誤差。 2.油膜面積的測量誤差。油膜面積的測量誤差。 (1)油膜形狀的畫線誤差；油膜形狀的畫線誤差； (2)數(shù)格子法本身是一種估算的方法，自然會帶來誤差。數(shù)格子法本身是一種估算的方法，自然會帶來誤差。例題在例題在“用油膜法估測分子的大小用油膜法估測分子的大小”的實驗中，所用油酸酒精的實驗中

10、，所用油酸酒精 溶液的濃度為每溶液的濃度為每104 mL溶液中含有純油酸溶液中含有純油酸6mL，用注射器，用注射器 測得測得1mL上述溶液為上述溶液為75滴，把滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，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，用筆在玻璃板上描待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用筆在玻璃板上描 繪出油酸膜的輪廓形狀，再把玻璃板放在坐標紙上，其形狀繪出油酸膜的輪廓形狀，再把玻璃板放在坐標紙上，其形狀 和尺寸如圖和尺寸如圖3.3-3-1所示，坐標紙中正方形方格的邊長為所示，坐標紙中正方形方格的邊長為1cm， 試求：試求： (1)油酸膜的面積是油酸膜的面積是 cm2； (

11、2)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是 mL； (3)按以上實驗數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑是按以上實驗數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑是 m(2)，(3)兩問答案保兩問答案保 留一位有效數(shù)字留一位有效數(shù)字。 (1)由題圖可知，油酸薄膜輪廓內(nèi)的正方形個數(shù)為由題圖可知，油酸薄膜輪廓內(nèi)的正方形個數(shù)為110個，則油酸膜的面?zhèn)€，則油酸膜的面積是積是S11011 cm2110 cm2 (2)1mL溶液中含有純油酸的體積為溶液中含有純油酸的體積為 mL，則，則1滴該溶液中含有純油酸的體積為滴該溶液中含有純油酸的體積為 mL= 810-6 mL (3) m710-10 m。圖圖3.

12、3-3-1110810-6710-1041064106751 V4336101101010108 SVd 方法點撥：方法點撥： (1)利用坐標紙計算面積時，大于半個的算一個，少于半個的應(yīng)利用坐標紙計算面積時，大于半個的算一個，少于半個的應(yīng)舍去。舍去。 (2)d=V/S中的中的V應(yīng)為應(yīng)為1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積。滴油酸酒精溶液中純油酸的體積?！坝糜湍しü罍y分子的大小用油膜法估測分子的大小”實驗的簡要步驟如下實驗的簡要步驟如下:A.將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，數(shù)出輪廓內(nèi)的方格數(shù)將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，數(shù)出輪廓內(nèi)的方格數(shù)(不足半個的舍不足半個的舍 去，多于半個的算一個去

13、，多于半個的算一個)，再根據(jù)方格的邊長求出油酸膜的面積，再根據(jù)方格的邊長求出油酸膜的面積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畫在玻璃板上。上，用彩筆將薄膜的形狀描畫在玻璃板上。C.用淺盤裝入約用淺盤裝入約2 cm深的水。深的水。D.用公式用公式dV/S，求出薄膜厚度，即油酸分子直徑的大小。，求出薄膜厚度，即油酸分子直徑的大小。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

14、不完整的，請指出：上述步驟中有步驟遺漏或步驟不完整的，請指出：(1)。(2) 。上述實驗步驟的合理順序是上述實驗步驟的合理順序是 。某同學(xué)實驗中最終得到的計算結(jié)果和大多數(shù)同學(xué)的比較，數(shù)據(jù)偏大，對出現(xiàn)這種某同學(xué)實驗中最終得到的計算結(jié)果和大多數(shù)同學(xué)的比較，數(shù)據(jù)偏大，對出現(xiàn)這種結(jié)果的原因，下列說法中可能正確的是結(jié)果的原因，下列說法中可能正確的是 。A.錯誤地將油酸酒精溶液的體積直接作為油酸的體積進行計算錯誤地將油酸酒精溶液的體積直接作為油酸的體積進行計算B.計算油酸膜面積時，錯將不完整的方格作為完整方格處理計算油酸膜面積時，錯將不完整的方格作為完整方格處理C.計算油酸膜面積時，只數(shù)了完整的方格數(shù)計算

15、油酸膜面積時，只數(shù)了完整的方格數(shù)D.水面上痱子粉撒得較多，油酸薄膜沒有充分展開水面上痱子粉撒得較多，油酸薄膜沒有充分展開 (1)C步驟中，要在水面上撒上痱子粉或石膏粉步驟中，要在水面上撒上痱子粉或石膏粉 (2)實驗時，還需要：實驗時，還需要：F.用注射器或滴管將事先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)增加一定體積時液滴的數(shù)目。實驗步驟的合量筒內(nèi)增加一定體積時液滴的數(shù)目。實驗步驟的合理順序是理順序是CFBAED。正確的說法是。正確的說法是A、C、D。1.“用油膜法估測分子的大小用油膜法估測分子的大小”實驗的科學(xué)依據(jù)是實

16、驗的科學(xué)依據(jù)是( ) A.將油酸形成的膜看成單分子油膜將油酸形成的膜看成單分子油膜 B.不考慮各油酸分子間的間隙不考慮各油酸分子間的間隙 C.考慮各油酸分子間的間隙考慮各油酸分子間的間隙 D.把油酸分子看成球形把油酸分子看成球形 “用油膜法估測分子的大小用油膜法估測分子的大小”的原理是將一滴油酸的原理是將一滴油酸（體積為（體積為V）滴入水中，使之形成一層單分子油膜，成為）滴入水中，使之形成一層單分子油膜，成為一個一個單層排列的球形體。顯然，球形體的直徑即為單一個一個單層排列的球形體。顯然，球形體的直徑即為單分子油膜厚度分子油膜厚度d，則有，則有dV/S。所以。所以“用油膜法估測分子的用油膜法估

17、測分子的大小大小”實驗的科學(xué)依據(jù)是實驗的科學(xué)依據(jù)是A、B、D。ABD 由由dV/S知，選項知，選項A、C會導(dǎo)致油膜面積偏小，會會導(dǎo)致油膜面積偏小，會使使d偏大；選項偏大；選項B、D會使油酸體積偏小，分子直徑會使油酸體積偏小，分子直徑d偏小。偏小。2.某同學(xué)在做某同學(xué)在做“用油膜法估測分子的大小用油膜法估測分子的大小”的實驗時，計算的實驗時，計算結(jié)結(jié) 果偏大，可能是由于果偏大，可能是由于( ) A.油酸未完全散開油酸未完全散開 B.油酸溶液濃度低于實際值油酸溶液濃度低于實際值 C.計算油膜面積時，舍去了所有不足一格的方格計算油膜面積時，舍去了所有不足一格的方格 D.求每滴體積時，求每滴體積時，1

18、 mL的溶液的滴數(shù)多記了的溶液的滴數(shù)多記了10滴滴AC3.在在“油膜法估測油酸分子的大小油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，有下列實驗步驟：實驗中，有下列實驗步驟： 往邊長約為往邊長約為40 cm的淺盤里倒入約的淺盤里倒入約2 cm深的水，待水面穩(wěn)定后將適量的深的水，待水面穩(wěn)定后將適量的 痱子粉均勻地撒在水面上。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用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴1滴在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定。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紙上，計算出油膜的面積，根據(jù)將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上，計算出油膜的面積，根據(jù) 油酸的體積和

19、面積計算出油酸分子直徑的大小。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。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。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：完成下列填空： (1)上述步驟中，正確的順序是上述步驟中，正確的順序是_。(填寫步驟前面的數(shù)字填寫步驟前面的數(shù)字) (2)將將1 cm3的油酸溶于

20、酒精，制成的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；測得的油酸酒精溶液；測得1 cm3的的 油酸酒精溶液有油酸酒精溶液有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形成的油膜的面積是0.13 m2，由此估算出油酸分子的直徑為，由此估算出油酸分子的直徑為 _m。(結(jié)果保留一位有效數(shù)字結(jié)果保留一位有效數(shù)字)510-104.在在“用單分子油膜估測分子大小用單分子油膜估測分子大小”實驗中，實驗中， (1)某同學(xué)操作步驟如下：某同學(xué)操作步驟如下： 取一定的無水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液取一定的無水酒精和油酸，制成一定

21、濃度的油酸酒精溶液; 在量筒中滴入在量筒中滴入1滴該溶液，測出它的體積；滴該溶液，測出它的體積； 在蒸發(fā)皿內(nèi)盛一定的水，再滴入在蒸發(fā)皿內(nèi)盛一定的水，再滴入1滴油酸酒精溶液，待其散開穩(wěn)定。滴油酸酒精溶液，待其散開穩(wěn)定。 在蒸發(fā)皿上覆蓋透明玻璃，描出油膜形狀，用透明方格紙測量油膜在蒸發(fā)皿上覆蓋透明玻璃，描出油膜形狀，用透明方格紙測量油膜 的面積。的面積。 改正其中的錯誤：改正其中的錯誤：_ _。 (2)若油酸酒精溶液體積濃度為若油酸酒精溶液體積濃度為0.10%，一滴溶液的體積為，一滴溶液的體積為4.810-3mL, 其形成的油膜面積為其形成的油膜面積為40 cm2，則估測出油酸分子的直徑為，則估測

22、出油酸分子的直徑為 _m。1.210-9在量筒中滴入在量筒中滴入n滴溶液滴溶液在水面上先撒上痱子粉在水面上先撒上痱子粉5.油酸酒精溶液的濃度為每油酸酒精溶液的濃度為每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸油酸酒精溶液中有油酸 0.6 mL,現(xiàn)用滴管向量筒加現(xiàn)用滴管向量筒加50滴上述溶液，量筒中的溶液體滴上述溶液，量筒中的溶液體 積增加了積增加了1 mL，若把一滴這樣的油酸酒精溶液滴入盛水足，若把一滴這樣的油酸酒精溶液滴入盛水足 夠的淺盤中，由于酒精溶于水，油酸在水面展開，穩(wěn)定后夠的淺盤中，由于酒精溶于水，油酸在水面展開，穩(wěn)定后 形成的純油膜的形狀如圖形成的純油膜的形狀如圖3.3-3-2所示。若每

23、一小方格的邊所示。若每一小方格的邊 長為長為25 mm，試問：，試問： (1)這種估測方法是將每個油酸分子視為這種估測方法是將每個油酸分子視為_模型，讓油酸盡可能地在模型，讓油酸盡可能地在 水面上散開，則形成的油膜可視為水面上散開，則形成的油膜可視為_油膜，這層油膜的厚度可油膜，這層油膜的厚度可 視為油酸分子的視為油酸分子的_。圖中油酸膜的面積為。圖中油酸膜的面積為_m2;每滴每滴 油酸酒精溶液中含有純油酸體積是油酸酒精溶液中含有純油酸體積是_m3;根據(jù)上述數(shù)據(jù)，根據(jù)上述數(shù)據(jù)， 估測出油酸分子的直徑是估測出油酸分子的直徑是_m。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (2)某同學(xué)在實驗過

24、程中，在距水平面約某同學(xué)在實驗過程中，在距水平面約2 cm的位置將一滴油酸酒精溶液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？一些，這是為什么呢？ 請寫出你分析的原因：請寫出你分析的原因： 主要有兩個原因：水面受到落下油滴的沖擊，先陷主要有兩個原因：水面受到落下油滴的沖擊，先陷下后又恢復(fù)水平，因此油膜的面積擴張；油酸酒精溶液下后又恢復(fù)水平，因此油膜的面積擴張；油酸酒精溶液中的酒精揮發(fā)，使液面收縮。中的酒精揮發(fā)，使液面收縮。圖圖3.3-3-2球體球體單分子單分子直徑直徑1.210-112.710-104.410-26.某同學(xué)在進行某同學(xué)在進行“用油膜法估測分子的大小用油膜法估測分子的大小”的實驗前，查的實驗前，查閱數(shù)據(jù)手冊得知：油酸的摩爾質(zhì)量閱數(shù)據(jù)手冊得知：油酸的摩爾質(zhì)量M0.283 kgmol -1，密，密度度0.895103 kgm-3。若。若