2019年高考物理一轮复习第十三章热学第3讲实验：用油膜法测分子的大小学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 3 讲 实验：用油膜法测分子的大小 微知识 1 实验目的 1估测油酸分子的大小。 2学习间接测量微观量的原理和方法。 微知识 2 实验原理 利用油酸的酒精溶液在平静的水面上形成 单分子 油膜 (如图所示 )，将油酸分子看做球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用 d VS计算出油膜的厚度，其中 V为一滴油酸溶液中纯油酸的体积， S 为油膜面积。这个厚度就近似等于油酸分子的 直径 。 微知识 3 实验器材 盛水浅盘、滴管 (或注射器 )、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉 、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。 微知识 4 实验步骤 1用滴管 (或注射器 )将油酸酒

2、精溶液滴入量筒，数出每毫升油酸酒精溶液的滴数，算出每滴液滴体积的平均值。 2把洗干净的浅盘水平放置，倒入约 2 cm 深的水。用纱网 (或粉扑 )将适量的痱子粉 (或石膏粉 )轻轻撒在水面上。 3用滴管 (滴管距离水面约 1 cm)将一滴油酸酒精溶液轻轻滴入水面中央，待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下油酸膜的形状。 4将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算轮廓范围内正方形小方格的个数 (不足半格的舍去，多 于半格的算一个格 )，估测出油膜的面积，估算油酸分子的直径。 5清洗浅盘，擦去玻璃板上的油膜轮廓线，重复做 2 次至 3 次实验。 微知识 5 数据处理 根

3、据上面记录的数据，完成以下两个表格内容。 【 精品教育资源文库 】 微知识 6 注意事项 1实验前，必须将所有的实验用具擦洗干净。实验时，吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大实验误差。 2痱子粉和油酸的用量都不可太大，否则不易成功。 3油酸酒精溶液的浓度以小于 0.1%为宜，不宜长时间放置。 4浅盘中的水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄 膜的形状，画线时视线应与板面垂直。 5油酸在水面上形成油膜时先扩散后收缩，要在稳定后再画轮廓。扩散后又收缩的原因有两个：一是水面受液滴冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后，油膜回缩。 6滴油酸酒精溶液的滴口应在离水面

4、1 cm 之内，否则油膜难于形成。 7因为水和油酸都是无色透明的液体，所以要用痱子粉来显示油膜的边界。注意要从盘的中央加痱子粉。由于加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开，同时粉粒之间又存在着排斥作用，粉会自动扩散至均匀。这样做，比将粉撒在水面上的实验效果要好；撒痱子粉后，不要再触动盘中的水。 8当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸。为防止影响下次实验时油酸的扩散和油膜面积的测量，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁。 9本实验只要求估算分子的大小，实验结果数量级符合要求即可。 微知识 7 误差分析 【 精品教育资源文库 】 1油酸酒精溶液

5、配制后长时间放置，溶液的浓度容易改变，会给实验带来较大误差。 2利用小格子数计算轮廓面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。为减小误差，不足半个格子的舍去，多于半个格子的算一个。方格边长的单位越小，计算出的面积越精确。 3测量量 筒内溶液增加 1 mL 的滴数时，注意正确的观察方法。 4油膜形状的画线误差。 一、思维辨析 (判断正误，正确的画 “” ，错误的画 “” 。 ) 1油膜法测分子直径实验的原理关系式为 d VS，其中 V 指一滴油酸溶液的体积， S 指油膜的面积。 () 2用数格子的方法计算油膜面积时，多于半格的算一个，少于半格舍去。 () 二、对点微练 1 (实验原理和操作 )“

6、用油膜法估测分子的大小 ” 实验的简要步骤如下： A将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数 (不足半个的舍去，多于半个的算一个 )，再根据方格的边长求出油膜的面积 S B将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上 C用浅盘装入约 2 cm 深的水 D用公式 d VS求出薄膜厚度，即油酸分子的大小 E根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积 V (1)上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完全，请指出： _。 _。 (2)上述实验步骤的合理顺序是 _。 解析 (1) C 步骤中，要在水面上均匀地撒上细石膏粉或痱子粉。

7、 实验中，要有步骤 F：用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时的滴数。 (2)合理顺序为 CFBAED。 答案 (1)见解析 (2)CFBAED 2 (数据处理 )在做 “ 用油膜法估测分子的大小 ” 的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每 104 mL 溶液中有 6 mL 油酸。用注射器测得 1 mL 上述溶液有 75 滴，把 1 滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和大小如图所示，坐标中正方形方格的边长为 1 cm，求： 【 精品教育资源文库 】 (1)油酸膜

8、的面积是多少？ (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？ (3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径。 解析 (1)根据题图，数得格子数为 129 个，那么油膜 面积是 S 1291 cm 2 129 cm2。 (2)根据已知条件可知， 1 mL 溶液中有 75 滴， 1 滴溶液的体积是 175 mL。 又已知每 104 mL溶液中有纯油酸 6 mL，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是 V6 175104 mL 810 6 mL。 (3)油酸分子的直径为 d VS 810 6129 cm6.210 10 m。 答案 (1)129 cm2 (2)810 6 mL (3)6.210 10 m

9、见学生用书 P199 微考点 实验操作和数据处理 核 |心 |微 |讲 本实验中处理数据要注意两点：一是根据体积比计算 出一定体积的油酸酒精溶液中纯油酸的体积；二是计算油膜面积时，必须遵循 “ 数格子法 ” 的原则，即不足半个的舍去，多于半个的算一个。 典 |例 |微 |探 【例】 油酸酒精溶液的浓度为每 1 000 mL 油酸酒精溶液中有油酸 0.6 mL，现用滴管【 精品教育资源文库 】 向量筒内滴加 50 滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了 1 mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图所示。若每一小方格的边长为

10、25 mm，则： (1)这种估测方法是将每个油酸分子视为 _模型 ，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为 _油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的 _。图中油酸膜的面积为 _ m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为 _ m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径为 _m。 (结果均保留两位有效数字 ) (2)某同学在实验过程中，在距水面约 2 cm 的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？ 请写出你分析的原因： _ 。 【解题导思】 (1)油膜法测分子大小的原理是形成单分子油膜，把每个分子看成球形，则分子直径如何表示？

11、答： d VS，其中 V 指一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积， S 为油膜面积。 (2)油酸在水面上形成油膜时先扩散后收缩，要在稳定后再画轮廓，为什么？ 答： 有两个原因：一是水面受液滴冲击引起；二是酒精挥发。 解析 (1)油膜面积占 68 小格，面积约为 S 68252510 6 m2 4.310 2 m2，一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为 V 150 0.61 00010 6 m3 1.210 11 m3， 油酸分子的直径约等于油膜的厚度 d VS 1.210 114.310 2 m2.810 10 m。 (2)实验过程中除了按步骤进行操作，还要仔细观察实验现象，并学会分析所观察到的现象。

12、 答案 (1)球体 单分子 直径 4 310 2 1.210 11 2.810 10 (2)主要有两个原因： 水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的【 精品教育资源文库 】 面积扩张； 油酸酒精溶液中的酒 精挥发，使液面收缩 题 |组 |微 |练 1在 “ 用油膜法估测分子的大小 ” 实验中，用 a mL 的纯油酸配制成 b mL 的油酸酒精溶液，再用滴管取 1 mL 油酸酒精溶液，让其自然滴出，共 n 滴。现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为 S cm2，则： (1)估算出油酸分子的直径大小是 _cm。 (2)用油膜法测出油酸分子的直径后，要测

13、定阿伏伽德罗常数，还需要知道油滴的_。 (填选项字母 ) A摩尔质量 B摩尔体积 C质量 D体积 解析 (1)油酸酒精溶液的浓度为 ab，一滴油酸酒精溶液的体积为 1n mL，一滴油酸酒精溶液含纯油酸 abn mL，则油酸分子的直径大小为 d abSn cm。 (2)设一个油酸分子体积为 V，则 V 43 ? ?d2 3，由 NA VmolV 可知，要测定阿伏伽德罗常数，还需知道油滴的摩尔体积，故 B 项正确。 答案 (1) abSn (2)B 2在 “ 用油膜法估测分子的大小 ” 的实验中，具体操作如下： 取油酸 0.1 mL 注入 250 mL 的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到 250 mL的刻度为止，摇动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，记录滴入的滴数直到量筒达到 1.0 mL 为止，恰好共滴了 100 滴。 在边长约 40 cm 的浅盘内注入约 2 cm 深的水，将细石膏粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有石膏粉，可以清楚地 看出油膜轮廓。 待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘