【步步高】2020年高考物理大一輪 實驗十二 用油膜法估測分子的大小 新人教版選修3-3

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1、實驗十二　用油膜法估測分子的大小 一、實驗?zāi)康? 1．估測油酸分子的大小． 2．學(xué)習(xí)間接測量微觀量的原理和方法． 二、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．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1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?。肰表示一滴油酸酒精溶液中所含油酸的體積，用S表示單分子油膜的面積，用d表示分子的直徑，如圖2所示，則：d＝. 　　　　　　圖1　　　　　　　　　圖2 三、實驗器材 盛水淺盤

2、、滴管(或注射器)、試劑瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、彩筆． 四、實驗步驟 1．用稀酒精溶液及清水清洗淺盤，充分洗去油污、粉塵，以免給實驗帶來誤差． 2．配制油酸酒精溶液，取油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶內(nèi)注入酒精，直到液面達到500 mL刻度線為止，搖動容量瓶，使油酸充分在酒精中溶解，這樣就得到了500 mL含1 mL純油酸的油酸酒精溶液． 3．用注射器或滴管將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并記下量筒內(nèi)增加一定體積Vn時的滴數(shù)n. 4．根據(jù)V0＝算出每滴油酸酒精溶液的體積V0. 5．向淺盤里倒入約2 cm深的水，并將痱子粉或石膏粉均勻

3、地撒在水面上． 6．用注射器或滴管將一滴油酸酒精溶液滴在水面上． 7．待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板(或有機玻璃板)放在淺盤上，并將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上． 8．將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S(求面積時以坐標(biāo)紙上邊長為1 cm的正方形為單位計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個)． 9．根據(jù)油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V，并代入公式d＝算出油酸薄膜的厚度d. 10．重復(fù)以上實驗步驟多測幾次油酸薄膜厚度，并求平均值，即為油酸分子的大?。? 五、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. 實

4、驗次數(shù) 量筒內(nèi)增加1 mL 溶液時的滴數(shù) 輪廓內(nèi)的 小格子數(shù) 輪廓面積S 1 2 實驗次數(shù) 一滴純油酸 的體積V 分子的大小(m) 平均值 1 2 六、注意事項 1．注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1 cm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，這是由于針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果． 2．待測油膜面擴散后又收縮，要在油膜面穩(wěn)定后再畫輪廓．?dāng)U散后又收縮有兩個原因：第一，水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復(fù)；第二，酒精揮發(fā)后液面收縮． 3．當(dāng)重做實驗時，將水從盤的一

5、側(cè)邊緣倒出，在這側(cè)邊緣會殘留油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去再用清水沖洗，這樣做可保持盤的清潔． 4．從盤的中央加痱子粉，使粉自動擴散至均勻，這樣做，比將粉撒在水面上的效果好．因為：一，加粉后水的表面張力系數(shù)變小，水將粉粒拉開；二，粉粒之間相互排斥． 記憶口訣 酒精油酸配溶液，五六十滴體積測. 靜水盆中撒痱粉，一滴溶液水面淋. 玻璃板上畫邊緣，數(shù)出格子面積算. 多半算一少半舍，相除直徑容易得. 例1　某學(xué)生在用油膜法估測分子直徑實驗中，計算結(jié)果明顯偏大，可能是由于(　　) A．油酸未完全散開 B．油酸中含有大量酒精 C．計算油膜面積時，舍去了所有不足一格的方格

6、D．求每滴溶液中純油酸的體積時，1 mL的溶液的滴數(shù)誤多記了10滴 例2　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，—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)．油酸中C17H33—部分冒出水面，而—COOH部分留在水中，油酸分子就直立在水面上，形成一個單分子層油膜． 現(xiàn)有按體積比為m∶n(m>n)配制好的油酸酒精溶液置于容器中，還有一個充入約2 cm深水的淺盤．一支滴管，一個量筒． 請補充下述估測分子大小的實驗步驟： (1)______

7、__________________(需測量的物理量自己用字母表示)． 圖3 (2)用滴管將一滴油酸酒精溶液滴入淺盤，待油酸薄膜穩(wěn)定后，將薄膜輪廓描繪在坐標(biāo)紙上，如圖3所示．(已知坐標(biāo)紙上每個小方格面積為S，求油膜面積時，半個以上方格面積記為S，不足半個舍去)則油膜面積為________． (3)估算油酸分子直徑的表達式為d＝____________. 1．利用油膜法估測油酸分子的大小，實驗器材有：濃度為0.05%(體積分數(shù))的油酸酒精溶液、最小刻度為0.1 mL的量筒、盛有適量清水的45×50 cm2的淺盤、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，

8、請?zhí)顚懰钡牟襟EC. A．用滴管將濃度為0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下滴入1 mL油酸酒精溶液時的滴數(shù)N B．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)n C. ________________________________________________________________________. 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1 cm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S. (2

9、)用已知的和測得的物理量表示單個油酸分子的大小__________(單位：cm)． 2．在做“用油膜法估測分子大小”的實驗中，油酸酒精溶液的濃度為每104 mL溶液中有純油酸6 mL.用注射器測得1 mL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4所示．坐標(biāo)紙中正方形方格的邊長為20 mm.求： 圖4 (1)油酸膜的面積； (2)每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積； (3)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑． 3．用油膜法測定分子大小的實驗中，體積為V的油滴，在水面上形

10、成了近似圓形的單分子油膜，油膜直徑為d，則單個油膜分子的直徑約為 (　　) A. B. C. D. 4． “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2 cm深的水； D．用公式d＝

11、，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. 上述步驟中有遺漏或不完全的，請指出： (1)____________________________________________________________________． (2)____________________________________________________________________． 5．在用油膜法估測分子大小的實驗中，已知配制的油酸溶液中，純油酸與溶液體積之比為1∶500，1 mL該溶液能滴250滴，那么一滴該溶液的體積是______ mL，所

12、以一滴溶液中所含的油酸體積為____ 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，并與公認的油酸分子長度值L0＝1.12×10－10 m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＝/cm L的平均值 1 533 ① ④ 2 493 ② 3 563 ③ 答案 課堂探究 例1　AC　[由d＝得，A選項中S偏小，導(dǎo)致d結(jié)果偏大．B選項中含有大量酒精，是為了稀釋油酸，不影響結(jié)果．C選項中，S偏小，導(dǎo)致結(jié)果偏大．D選項中，使1滴溶液中純油酸的體積偏小，導(dǎo)致結(jié)果偏?。甝 例2　(1)見解析　(2)8S (3)nV/[

13、8NS(m＋n)] 解析　(1)用滴管向量筒內(nèi)加注N滴酒精油酸溶液，讀出其體積V. 隨堂訓(xùn)練 1．(1)見解析　(2) 解析　(1)待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，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．(1)2.2×10－2 m2　(2)1.2×10－11 m3　(3)5.5×10－10 m 3．A　 4．(1)在步驟C中，要在水面上灑上痱子粉或石膏粉． (2)實驗時，還需要F：用注射器或滴管將溶液一滴一滴地滴入量筒，記下滴入1 mL溶液時的滴數(shù)． 5．4×10－3　8×10－6　①1.50×10－8 cm ②1.62×10－8 cm?、?.42×10－8 cm?、?.51×10－10 m　符合數(shù)量級要求 1．50×10－8 cm、1.62×10－8 cm、1.42×10－8 cm， 其平均值＝＝1.51×10－8 cm＝1.51×10－10 m，這與公認值的數(shù)量級相吻合，故此實驗符合數(shù)量級的要求．