2019版高考物理一輪復習 第十三章 熱學 第3講 實驗：用油膜法測分子的大小學案

1、第3講實驗：用油膜法測分子的大小微知識1 實驗目的1估測油酸分子的大小。2學習間接測量微觀量的原理和方法。微知識2 實驗原理利用油酸的酒精溶液在平靜的水面上形成單分子油膜(如圖所示)，將油酸分子看做球形，測出一定體積油酸溶液在水面上形成的油膜面積，用d計算出油膜的厚度，其中V為一滴油酸溶液中純油酸的體積，S為油膜面積。這個厚度就近似等于油酸分子的直徑。微知識3 實驗器材盛水淺盤、滴管(或注射器)、試劑瓶、坐標紙、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、彩筆。微知識4 實驗步驟1用滴管(或注射器)將油酸酒精溶液滴入量筒，數(shù)出每毫升油酸酒精溶液的滴數(shù)，算出每滴液滴體積的平均值。2把洗干凈的淺盤水平放置

2、，倒入約2 cm深的水。用紗網(wǎng)(或粉撲)將適量的痱子粉(或石膏粉)輕輕撒在水面上。3用滴管(滴管距離水面約1 cm)將一滴油酸酒精溶液輕輕滴入水面中央，待油膜形狀穩(wěn)定后，將事先準備好的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描下油酸膜的形狀。4將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，計算輪廓范圍內(nèi)正方形小方格的個數(shù)(不足半格的舍去，多于半格的算一個格)，估測出油膜的面積，估算油酸分子的直徑。5清洗淺盤，擦去玻璃板上的油膜輪廓線，重復做2次至3次實驗。微知識5 數(shù)據(jù)處理根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)，完成以下兩個表格內(nèi)容。微知識6 注意事項1實驗前，必須將所有的實驗用具擦洗干凈。實驗時，吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分別

3、專用，不能混用，否則會增大實驗誤差。2痱子粉和油酸的用量都不可太大，否則不易成功。3油酸酒精溶液的濃度以小于0.1%為宜，不宜長時間放置。4淺盤中的水離盤口面的距離應較小，并要水平放置，以便準確地畫出薄膜的形狀，畫線時視線應與板面垂直。5油酸在水面上形成油膜時先擴散后收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓。擴散后又收縮的原因有兩個：一是水面受液滴沖擊凹陷后又恢復；二是酒精揮發(fā)后，油膜回縮。6滴油酸酒精溶液的滴口應在離水面1 cm之內(nèi)，否則油膜難于形成。7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。注意要從盤的中央加痱子粉。由于加粉后水的表面張力系數(shù)變小，水將粉粒拉開，同時粉粒之間又存在著

4、排斥作用，粉會自動擴散至均勻。這樣做，比將粉撒在水面上的實驗效果要好；撒痱子粉后，不要再觸動盤中的水。8當重做實驗時，水從盤的一側邊緣倒出，在這側邊緣會殘留油酸。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。9本實驗只要求估算分子的大小，實驗結果數(shù)量級符合要求即可。微知識7 誤差分析1油酸酒精溶液配制后長時間放置，溶液的濃度容易改變，會給實驗帶來較大誤差。2利用小格子數(shù)計算輪廓面積時，輪廓的不規(guī)則性容易帶來計算誤差。為減小誤差，不足半個格子的舍去，多于半個格子的算一個。方格邊長的單位越小，計算出的面積越精確。3測量量筒內(nèi)溶液

5、增加1 mL的滴數(shù)時，注意正確的觀察方法。4油膜形狀的畫線誤差。一、思維辨析(判斷正誤，正確的畫“”，錯誤的畫“”。)1油膜法測分子直徑實驗的原理關系式為d，其中V指一滴油酸溶液的體積，S指油膜的面積。()2用數(shù)格子的方法計算油膜面積時，多于半格的算一個，少于半格舍去。()二、對點微練1(實驗原理和操作)“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SB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C用淺盤裝入約

6、2 cm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(1)上述步驟中有步驟遺漏或步驟不完全，請指出：_。_。(2)上述實驗步驟的合理順序是_。解析(1)C步驟中，要在水面上均勻地撒上細石膏粉或痱子粉。實驗中，要有步驟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)。(2)合理順序為CFBAED。答案(1)見解析(2)CFBAED2(數(shù)據(jù)處理)在做“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，將油酸溶于酒精，其濃度為每104 mL溶液中有6 mL油酸。用注射器測得1 mL上述溶液有75滴，把1滴該溶液滴入

7、盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆在玻璃板上描出油酸的輪廓，再把玻璃板放在坐標紙上，其形狀和大小如圖所示，坐標中正方形方格的邊長為1 cm，求：(1)油酸膜的面積是多少？(2)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？(3)按以上實驗數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑。解析(1)根據(jù)題圖，數(shù)得格子數(shù)為129個，那么油膜面積是S1291 cm2129 cm2。(2)根據(jù)已知條件可知，1 mL溶液中有75滴，1滴溶液的體積是 mL。又已知每104 mL溶液中有純油酸6 mL，一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積是V mL8106 mL。(3)油酸分子的直徑為d cm6.21010 m。答案(1

8、)129 cm2(2)8106 mL(3)6.21010 m見學生用書P199微考點實驗操作和數(shù)據(jù)處理核|心|微|講本實驗中處理數(shù)據(jù)要注意兩點：一是根據(jù)體積比計算出一定體積的油酸酒精溶液中純油酸的體積；二是計算油膜面積時，必須遵循“數(shù)格子法”的原則，即不足半個的舍去，多于半個的算一個。典|例|微|探【例】油酸酒精溶液的濃度為每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL，現(xiàn)用滴管向量筒內(nèi)滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液體積增加了1 mL，若把一滴這樣的油酸酒精溶液滴入足夠大盛水的淺盤中，由于酒精溶于水，油酸在水面展開，穩(wěn)定后形成的油膜的形狀如圖所示。若每一小方格的邊長為25 mm，則：(1

9、)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_。圖中油酸膜的面積為_ m2；每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸體積為_ m3；根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑為_m。(結果均保留兩位有效數(shù)字)(2)某同學在實驗過程中，在距水面約2 cm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一些，這是為什么呢？請寫出你分析的原因：_?！窘忸}導思】(1)油膜法測分子大小的原理是形成單分子油膜，把每個分子看成球形，則分子直徑如何表示？答：d，其中V指一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積，S為油膜面

10、積。(2)油酸在水面上形成油膜時先擴散后收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓，為什么？答：有兩個原因：一是水面受液滴沖擊引起；二是酒精揮發(fā)。 解析(1)油膜面積占68小格，面積約為S682525106 m24.3102 m2，一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為V106 m31.21011 m3，油酸分子的直徑約等于油膜的厚度d m2.81010 m。(2)實驗過程中除了按步驟進行操作，還要仔細觀察實驗現(xiàn)象，并學會分析所觀察到的現(xiàn)象。答案(1)球體單分子直徑431021.210112.81010(2)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

11、液面收縮題|組|微|練1在“用油膜法估測分子的大小”實驗中，用a mL的純油酸配制成b mL的油酸酒精溶液，再用滴管取1 mL油酸酒精溶液，讓其自然滴出，共n滴?，F(xiàn)在讓其中一滴落到盛水的淺盤內(nèi)，待油膜充分展開后，測得油膜的面積為S cm2，則：(1)估算出油酸分子的直徑大小是_cm。(2)用油膜法測出油酸分子的直徑后，要測定阿伏伽德羅常數(shù)，還需要知道油滴的_。(填選項字母)A摩爾質量 B摩爾體積C質量 D體積解析(1)油酸酒精溶液的濃度為，一滴油酸酒精溶液的體積為 mL，一滴油酸酒精溶液含純油酸 mL，則油酸分子的直徑大小為d cm。(2)設一個油酸分子體積為V，則V3，由 NA可知，要測定阿

12、伏伽德羅常數(shù)，還需知道油滴的摩爾體積，故B項正確。答案(1)(2)B2在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，具體操作如下：取油酸0.1 mL注入250 mL的容量瓶內(nèi)，然后向瓶中加入酒精，直到液面達到250 mL的刻度為止，搖動瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液。用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，記錄滴入的滴數(shù)直到量筒達到1.0 mL為止，恰好共滴了100滴。在邊長約40 cm的淺盤內(nèi)注入約2 cm深的水，將細石膏粉均勻地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，輕輕地向水面滴一滴溶液，酒精揮發(fā)后，油酸在水面上盡可能地散開，形成一層油膜，膜上沒有石膏粉，可以清楚地看出油膜輪廓。待油膜形狀穩(wěn)

13、定后，將事先準備好的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上繪出油膜的形狀。將畫有油膜形狀的玻璃板放在邊長為1.0 cm的方格紙上，算出完整的方格有67個，大于半格的有14個，小于半格的有19個。(1)這層油膜的厚度可視為油酸分子的_。(2)利用上述具體操作中的有關數(shù)據(jù)可知一滴油酸酒精溶液含純油酸為_ m3，求得的油膜分子直徑為_ m。(結果保留兩位有效數(shù)字)解析(1)油膜的厚度可視為油酸分子的直徑。(2)一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積為V mL4.0106 mL4.01012 m3形成油膜的面積S1.0(6714) cm28.1103 m2油酸分子的直徑d4.91010 m。答案(1)直徑(2)4.

14、010124.91010見學生用書P2001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油酸，配制的油酸溶液中，純油酸與溶液體積之比為15 000,1 mL溶液滴25滴，那么1滴溶液的體積是_mL，所以1滴溶液中油酸的體積為V油酸_cm3。若實驗中測得結果如下表所示，請根據(jù)所給數(shù)據(jù)填寫出空白處的數(shù)值，并與公認的油酸分子直徑d01.121010 m作比較，判斷此實驗是否符合數(shù)量級的要求：_。(填“是”或“否”)解析由題給條件得，1滴溶液的體積V溶液 mL4102 mL，因為，故1滴溶液中油酸的體積為V油酸V溶液 cm38106 cm3。據(jù)此算得3次測得d的結果分別為15010

15、8 cm,1.62108 cm,1.42108 cm，d的平均值1.511010 m。這與公認值的數(shù)量級相吻合，故本次估測數(shù)值符合數(shù)量級的要求。答案410281061.501081.621081.421081.511010是2在“用油膜法估測分子大小”的實驗中，已知實驗室中使用的油酸酒精溶液的濃度為A，N滴溶液的總體積為V。在淺盤中的水面上均勻撒上痱子粉，將一滴溶液滴在水面上，待油膜穩(wěn)定后，在帶有邊長為a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的輪廓，如圖所示，測得油膜占有的正方形小格數(shù)為X。(1)用以上字母表示一滴油酸酒精溶液中的純油酸的體積為_。(2)油酸分子直徑約為_。解析(1)由題意可知，一滴油

16、酸酒精溶液中的純油酸的體積為V0。(2)一滴所形成的油膜的面積為SXa2，所以油膜的厚度，即為油酸分子的直徑為d。答案(1)(2)3測量分子大小的方法有很多，如油膜法、顯微法。(1)在“用油膜法估測分子大小”的實驗中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入標注250 mL的溶液。然后用滴管吸取這種溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面達到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒的痱子粉的盛水淺盤中滴入2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待薄膜穩(wěn)定后，放在帶有正方形坐標格的玻璃板下觀察油膜，如圖所示。坐標格的正方形大小為2 cm2 cm。由圖可以估算出油膜的面積是_ cm2(保留兩位有效數(shù)字)，由此估算出油酸分子的直徑是_ m。(保留一位有效數(shù)字)(2)如圖是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個“量子圍欄”的照片。這個量子圍欄是由48個鐵原子在銅的表面排列成直徑