第十五章 實驗十九　用油膜法估測油酸分子的大小-2025高三總復(fù)習(xí) 物理（新高考）

實驗十九用油膜法估測油酸分子的大小一、實驗?zāi)康?．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。二、實驗原理與器材1．實驗原理實驗采用油酸在水面上形成一層單分子油膜的方法估測油酸分子的大小。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，并很快揮發(fā)，在水面上形成如圖甲所示形狀的一層純油酸薄膜。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，即可算出油酸分子的大小。用V表示一滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積，用S表示單分子油膜的面積，用d表示油酸分子的直徑，如圖乙所示，則d＝eq\f(V,S)。學(xué)生用書第330頁2．實驗器材清水、淺盤、注射器(或膠頭滴管)、坐標(biāo)紙、玻璃板、爽身粉(或石膏粉)、油酸酒精溶液、燒杯(或量筒)、彩筆。三、實驗過程1．在淺盤中盛入適量的水(約2cm深)，靜置一段時間使水處于穩(wěn)定狀態(tài)。2．用注射器(或膠頭滴管)取事先配好的體積濃度為k的油酸酒精溶液，逐滴滴入燒杯(或量筒)中，記下滴入1mL溶液的滴數(shù)N。3．將適量爽身粉(或石膏粉)均勻地撒在水面上。4．用注射器(或膠頭滴管)靠近水面將一滴油酸酒精溶液滴在水面上。5．待油酸膜的面積穩(wěn)定后，把玻璃板放在淺盤上，用彩筆描繪出油膜的形狀。四、數(shù)據(jù)處理1．計算一滴溶液中油酸的體積：V＝eq\f(k,N)(mL)。2．計算油膜的面積S：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)，大于半個的算一個，不足半個的舍去。3．計算油酸的分子直徑：d＝eq\f(V,S)(注意單位統(tǒng)一)。五、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(jī)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．本實驗只要求估算油酸分子的大小，實驗結(jié)果數(shù)量級符合要求即可。(2022·北京市海淀101中學(xué)模擬)在“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中，我們通過宏觀量的測量間接計算微觀量。(1)本實驗利用了油酸分子易在水面上形成________(選填“單層”或“多層”)分子油膜的特性。若將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，這滴溶液中含有純油酸體積為V，形成面積為S的油酸薄膜，則由此可估測油酸分子的直徑為________。(2)某同學(xué)實驗中先取一定量的無水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液，測量并計算一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積后，接著又進(jìn)行了下列操作：A．將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地擴(kuò)展為形狀穩(wěn)定的油酸薄膜B．將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上計算油酸薄膜的面積C．將玻璃板蓋到淺水盤上，用彩筆將油酸薄膜的輪廓畫在玻璃板上D．向淺盤中倒入約2cm深的水，將痱子粉均勻地撒在水面上以上操作的合理順序是________(填字母代號)。(3)該同學(xué)做完實驗后，發(fā)現(xiàn)自己所測的分子直徑d明顯偏大。出現(xiàn)這種情況的原因可能是________。A．將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計算B．油酸酒精溶液長時間放置，酒精揮發(fā)使溶液的濃度發(fā)生了變化C．水面上痱子粉撒得太多，油膜沒有充分展開D．計算油膜面積時，將不完整的方格作為完整方格處理(4)將1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3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，測得所形成的油膜面積是0.16m2。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)單層eq\f(V,S)(2)DACB(3)AC(4)6×10－10解析：(1)本實驗利用了油酸分子易在水面上形成單層分子油膜的特性。若將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，這滴溶液中含有純油酸的體積為V，形成面積為S的油酸薄膜，則由此可估測油酸分子的直徑為d＝eq\f(V,S)。(2)合理的順序是DACB。(3)根據(jù)d＝eq\f(V,S)可知，將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計算，則測得的V偏大，測得的分子直徑d偏大，故A正確；油酸酒精溶液長時間放置，酒精揮發(fā)使溶液的濃度變大，則油膜的面積偏大，則測得的分子直徑偏小，故B錯誤；水面上痱子粉撒得太多，油膜沒有充分展開，則S的測量值偏小，分子直徑測量值偏大，故C正確；計算油膜面積時，將不完整的方格作為完整方格處理，則S測量值偏大，則分子直徑測量值偏小，故D錯誤。(4)一滴該油酸酒精溶液含純油酸的體積為V＝eq\f(1,200)×eq\f(1,50)cm3＝10－10m3。油酸分子的直徑為d＝eq\f(V,S)＝eq\f(10－10,0.16)m≈6×10－10m。對點練．某實驗小組完成“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗。(1)該小組進(jìn)行下列實驗操作，請選出需要的實驗操作，并將它們按操作先后順序排列：D________C(用字母符號表示)；學(xué)生用書第331頁(2)某次實驗時，滴下油酸酒精溶液后，痱子粉迅速散開形成如圖所示的“鋸齒”邊沿圖案，出現(xiàn)該圖樣的可能原因是________。A．盆中裝的水量太多B．痱子粉撒得太多，且厚度不均勻C．盆太小，導(dǎo)致油酸無法形成單分子層(3)甲、乙、丙三位同學(xué)分別在三個實驗小組做“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗，但都發(fā)生了操作錯誤。其中會導(dǎo)致所測的分子直徑d偏小的是________。A．甲同學(xué)在配制油酸酒精溶液時，不小心把酒精倒少了一點，導(dǎo)致油酸酒精溶液的實際濃度比計算值大一些B．乙在計算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液體積后，不小心拿錯了一個注射器把溶液滴在水面上，這個拿錯的注射器的針管比原來的細(xì)，每滴油酸酒精溶液的體積比原來的小C．丙在計算油膜面積時，把凡是不足一格的油膜都不計，導(dǎo)致計算的面積比實際面積小一些答案：(1)BFE(2)B(3)A解析：(1)“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗步驟為：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；往淺盤里倒入約2cm深的水，水面穩(wěn)定后將適量痱子粉均勻撒在水面上；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，將帶有坐標(biāo)方格的玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上；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。故實驗操作順序為DBFEC。(2)出現(xiàn)該圖樣的可能原因是：痱子粉撒得太多，且厚度不均勻，導(dǎo)致油酸沒有均勻排列開。故選B。(3)甲同學(xué)在配制油酸酒精溶液時，不小心把酒精倒少了一點，導(dǎo)致油酸酒精溶液的實際濃度比計算值大了一些，算出的一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積比實際值小，由d＝eq\f(V,S)，可知所測的分子直徑d偏小，故A正確；乙同學(xué)在計算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液體積后，不小心拿錯了一個注射器把溶液滴在水面上，這個拿錯的注射器的針管比原來的細(xì)，一滴油酸酒精溶液的實際體積變小，一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積變小，對應(yīng)的油膜面積S變小，但體積V還是按原來的計算，由d＝eq\f(V,S)，可知所測的分子直徑d偏大，故B錯誤；丙在計算油膜面積時，把凡是不足一格的油膜都不計，導(dǎo)致計算的面積比實際面積小一些，由d＝eq\f(V,S)，可知所測的分子直徑d偏大，故C錯誤。在“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中，某同學(xué)操作如下：①取1.0mL油酸配成250mL油酸酒精溶液；②用滴管吸取1.0mL油酸酒精溶液逐滴滴入量筒中，全部滴完共滴了20滴；③在邊長約10cm的正方形淺盤內(nèi)注入適量的水，將痱子粉均勻地撒在水面上，用滴管滴入一滴溶液；④待油膜形狀穩(wěn)定后，將繪有方格的玻璃板放在淺盤上，繪出油酸膜的輪廓(如圖所示)，每個方格的邊長為1.0cm。(1)該實驗中一滴油酸酒精溶液含________mL油酸；(2)由上述數(shù)據(jù)估算得到油酸分子直徑的數(shù)量級約為________m；(3)若該同學(xué)在計算油酸膜面積時，對不完整的方格均不計數(shù)，由此估算得到的油酸分子直徑數(shù)量級將________(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)；(4)已知油酸分子的直徑約為8×10－10m，該同學(xué)實驗結(jié)果產(chǎn)生偏差的可能原因是：__________________________________________________，理由是：__________。答案：(1)2×10－4(2)10－8(3)不變(4)見解析解析：(1)該實驗中一滴油酸酒精溶液含純油酸eq\f(1,250)×eq\f(1,20)mL＝2×10－4mL。(2)油膜的面積約為S＝57×12×10－4m2＝5.7×10－3m2；則分子直徑d＝eq\f(V,S)＝eq\f(2×10－4×10－6,5.7×10－3)m≈3.5×10－8m，則油酸分子直徑的數(shù)量級約為10－8m。(3)若該同學(xué)在計算油酸膜面積時，對不完整的方格均不計數(shù)，則算得的油膜的面積偏小，則由此估算得到的油酸分子直徑偏大，但是數(shù)量級不變。(4)該同學(xué)的實驗結(jié)果偏大，產(chǎn)生偏差的可能原因是：油酸膜可能沒有充分展開，形成的并不是單分子油膜層；理由是：2×10－10m3的油酸若形成緊密排列的單分子膜時，膜面積約為0.25m2，遠(yuǎn)大于淺盤內(nèi)的水面面積，說明實際上油膜不可能僅是一層油酸分子構(gòu)成的。課時測評72用油膜法估測油酸分子的大小eq\f(對應(yīng)學(xué)生,用書P493)(時間：30分鐘滿分：60分)(本欄目內(nèi)容，在學(xué)生用書中以獨立形式分冊裝訂！)1．(6分)關(guān)于“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗，下列選項正確的是()A．將油膜看作單分子層薄膜，且不考慮油酸分子間的空隙B．利用畫有油膜輪廓的坐標(biāo)方格計算油膜面積時，舍去所有不足一格的方格C．測一滴油酸酒精溶液的體積時，只需將其滴入量筒即可D．若油酸未完全散開，會使測出的分子直徑偏小答案：A解析：將油膜看作單分子層薄膜，且不考慮油酸分子間的空隙，A正確；利用畫有油膜輪廓的坐標(biāo)方格計算油膜面積時，舍去所有小于半格的方格，大于等于半格的算1格，B錯誤；測一滴油酸酒精溶液的體積時，需滴入多滴進(jìn)入量筒，采用累積法測量可以減小誤差，C錯誤；若油酸未完全散開，則測量的油膜面積會減小，根據(jù)d＝eq\f(V,S)，則會使測出的分子直徑偏大，D錯誤。2．(10分)某同學(xué)在實驗室用油膜法估測油酸分子的大小。(1)主要實驗步驟如下：①向體積V油＝6mL的油酸中加酒精，直至總量達(dá)到V總＝104mL；②用注射器吸?、僦杏退峋凭芤?，把它一滴一滴地滴入小量筒中，當(dāng)?shù)稳雗＝75滴時，測得其體積恰好是V0＝1mL，則一滴油酸酒精溶液中含有油酸的體積為________m3；③先往淺盤里倒入2cm深的水，然后將痱子粉均勻地撒在水面上；④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的玻璃板放在淺盤上，并在玻璃板上描下油酸膜的形狀；⑤將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，如圖所示，數(shù)出輪廓范圍內(nèi)小方格的個數(shù)N，小方格的邊長為L＝1cm；(2)由圖可知油膜面積為________m2；計算出油酸分子直徑為________m；(以上結(jié)果均保留1位有效數(shù)字)(3)若滴入75滴油酸酒精溶液的體積不足1mL，則最終的測量結(jié)果將________(選填“偏大”、“偏小”或“無影響”)。答案：(1)②8×10－12(2)1×10－28×10－10(3)偏大解析：(1)一滴油酸酒精溶液中含有油酸的體積為V＝eq\f(1,75)×eq\f(6,104)mL＝8×10－6mL＝8×10－12m3。(2)由題圖可知油膜面積為S＝111L2＝111×12cm2≈1×10－2m2油酸分子的直徑為d＝eq\f(V,S)＝eq\f(8×10－12,1×10－2)m＝8×10－10m。(3)若滴入75滴油酸酒精溶液的體積不足1mL，則代入計算的純油酸的體積偏大，可知測量結(jié)果偏大。3．(12分)“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗所用油酸酒精溶液的濃度為每104mL溶液中含有純油酸6mL，用注射器測得1mL上述溶液為80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，用筆在玻璃板上描出油膜的輪廓形狀，再把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀和尺寸如圖所示，坐標(biāo)中正方形方格的邊長為1cm。(1)油酸膜的面積是________cm2。(2)按以上實驗數(shù)據(jù)估測油酸分子的直徑為________m(保留2位有效數(shù)字)。(3)利用單分子油膜法可以粗測分子的大小和阿伏加德羅常數(shù)。如果已知體積為V的一滴油酸在水面上散開形成的單分子油膜的面積為S，這種油酸的密度為ρ，摩爾質(zhì)量為M，則阿伏加德羅常數(shù)的表達(dá)式為______________。答案：(1)115(或116)(2)6.5×10－10(3)eq\f(6MS3,πρV3)解析：(1)根據(jù)題圖中描繪的輪廓，不足半格舍去，大于半格算一格，共計115個方格，所以油膜的面積為115×1×1cm2＝115cm2。(2)估測油酸分子的直徑為V＝eq\f(6,104)×eq\f(1,80)mL＝7.5×10－6mLd＝eq\f(V,S)＝eq\f(7.5×10－6mL,115cm2)≈6.5×10－10m。(3)單個油酸分子的直徑為d0＝eq\f(V,S)單個油酸分子的體積為V0＝eq\f(4,3)πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d0,2)))eq\s\up8(3)＝eq\f(4,3)πeq\f(V3,8S3)＝eq\f(πV3,6S3)摩爾體積為Vm＝eq\f(M,ρ)則阿伏加德羅常數(shù)為NA＝eq\f(Vm,V0)＝eq\f(6MS3,πρV3)。4．在“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，用體積為A的純油酸配置成體積為B的油酸酒精溶液，再用滴管取體積為C的油酸酒精溶液，讓其自然滴出，共n滴。把1滴該溶液滴入盛水的、表面撒有痱子粉的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用油性筆在玻璃板上描出油酸膜的輪廓，測得面積為S，如圖所示。(1)此估測方法是將每個油酸分子視為球形，讓油酸盡可能在水面上散開，則形成的油膜可視為______油膜，這層油膜的厚度可視為油酸分子的______；(2)估算出油酸分子的直徑大小是________(用以上字母表示)；(3)用油膜法估算出油酸分子的直徑后，要測定阿伏加德羅常數(shù)，還需要知道油酸的________；A．質(zhì)量B．體積C．摩爾質(zhì)量D