【物理】2018届一轮复习人教版用油膜法估测分子的大小学案 6页

第73课时　用油膜法估测分子的大小(实验提能课)‎ 一、实验目的 ‎1．估测油酸分子的大小。‎ ‎2．学会间接测量微观量的原理和方法。‎ 二、实验原理 ‎1．利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，如图所示。‎ ‎2．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。‎ ‎3．用d＝计算出油膜的厚度(V为一滴油酸酒精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。‎ 三、实验器材 清水、盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。‎ 四、实验步骤 ‎1．取1 mL油酸溶于酒精中，制成200 mL油酸酒精溶液。‎ ‎2．往边长约为‎30 cm～‎40 cm的浅盘中倒入约‎2 cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上。‎ ‎3．用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为1 mL，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0＝ mL。‎ ‎4．用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜。‎ ‎5．待油酸薄膜形状稳定后，将准备好的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。‎ ‎6．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积。方法是计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，把正方形的个数乘以单个正方形的面积就是油膜的面积。‎ ‎7．据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，利用一滴溶液中纯油酸的体积V和薄膜的面积S，算出油酸薄膜的厚度d＝，即为油酸分子的直径。比较算出的分子直径，看其数量级(单位为m)是否为10－10，若不是10－10 需重做实验。‎ 五、数据处理 根据上面记录的数据，完成以下表格内容。‎ 实验 次数 量筒内增加1 mL 溶液时的滴数 轮廓内的 小格子数 轮廓面积S ‎1‎ ‎2‎ 实验 次数 一滴溶液中纯油酸 的体积V 分子的大小(m)‎ 平均值 ‎1‎ ‎2‎ 六、误差分析 ‎1．油酸酒精溶液配制后长时间放置，溶液的浓度会改变，会给实验带来较大误差。‎ ‎2．纯油酸体积的计算误差。‎ ‎3．油膜面积的测量误差。‎ ‎4．油膜形状的画线误差。‎ ‎5．数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差。‎ 七、注意事项 ‎1．油酸酒精溶液配制后不宜长时间放置，以免改变浓度，产生误差。‎ ‎2．油酸酒精溶液的浓度应小于 为宜。‎ ‎3．痱子粉的用量不要太大，否则不易成功。‎ ‎4．测1滴油酸酒精溶液的体积时，滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数，应多滴几毫升，数出对应的滴数，这样求平均值误差较小。‎ ‎5．浅盘里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。‎ ‎6．要待油膜形状稳定后，再画轮廓。‎ ‎7．本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合即可。‎ ‎8．做完实验后，把水从盘的一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，然后用脱脂棉擦去，最后用水冲洗，以保持盘的清洁。‎ 考点(一)　实验原理和实验步骤 ‎[例1]　在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，有下列实验步骤：‎ ‎①往边长约为‎40 cm的浅盘里倒入约‎2 cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。‎ ‎②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定。‎ ‎③将画有油膜形状的玻璃板平放在方格纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子直径的大小。‎ ‎④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。‎ ‎⑤将玻璃板放在浅盘上，然后用彩笔将油膜的形状描绘在玻璃板上。‎ 完成下列填空：‎ ‎(1)上述步骤中，正确的顺序是____________(填写步骤前面的数字)。‎ ‎(2)将‎1 cm3的油酸溶于酒精，制成‎300 cm3的油酸酒精溶液；测得‎1 cm3的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是‎0.13 m2‎。由此估算出油酸分子的直径为________m(结果保留一位有效数字)。‎ ‎[解析]　(1)实验前需先测量配置好的一滴油酸酒精溶液的体积；再将痱子粉均匀撒在盛有水的浅盘内；待痱子粉稳定后将一滴油酸酒精溶液滴在撒有痱子粉的水面上；等到油膜的形状稳定后描绘油膜的轮廓；最后利用方格纸计算油膜的面积，根据溶液浓度和体积计算分子直径。故本实验的正确顺序是④①②⑤③。‎ ‎(2)一滴油酸酒精溶液中油酸的体积为V＝× m3＝SD，其中S＝‎0.13 m2‎，故油酸分子的直径D＝＝5×10－‎10 m。‎ ‎[答案]　(1)④①②⑤③　(2)5×10－10‎ 本题考查了用油膜法估测油酸分子大小的实验步骤和原理，只有按照正确的步骤顺序才能顺利完成实验。‎ 考点(二)　数据处理和误差分析 ‎[例2]　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‎25 mm，试问：‎ ‎(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的体积是________m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________m。(结果保留两位有效数字)‎ ‎(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：_____________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎[解析]　(1)油膜面积约占70小格，面积约为S＝70×25×25×10－‎6 m2‎≈4.4×10－‎2 m2‎，一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V＝××10－‎6 m3‎＝1.2×10－‎11 m3‎，‎ 油酸分子的直径约等于油膜的厚度 d＝＝ m≈2.7×10－‎10 m。‎ ‎(2)略。‎ ‎[答案]　(1)球体　单分子　直径　4.4×10－2　1.2×10－11　2.7×10－10　(2)主要有两个原因：①水面受到落下的油酸酒精溶液的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积扩张；②油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩 ‎(1)油酸膜的面积用带方格的坐标纸来估算的。计算方格数时，除整格外，大于半格的算一格，小于半格的舍去。‎ ‎(2)由于滴在水面上的不是纯油酸，而是油酸酒精溶液，故油酸的体积需要进行换算。‎ ‎1．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，某同学的操作步骤如下：‎ ‎①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液；‎ ‎②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；‎ ‎③在盛水浅盘内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；‎ ‎④在盛水浅盘上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积。‎ 改正其中的错误：___________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：用油膜法估测分子的大小：首先精确取1 mL的油酸，用无水酒精按1∶200的体积比稀释成油酸的酒精溶液，并测出N滴的体积V，在盛水盘中装入‎2 cm深的蒸馏水，为观测油膜的面积，在水面上轻撒一层薄薄的痱子粉，在水盘中央轻滴一滴油酸酒精溶液，于是油酸在水面上迅速散开，等到油膜不再扩大时，用一块玻璃盖在水盘上并描出油膜的轮廓图，把这块玻璃放在方格纸上(绘图纸)，数出油膜面的格数，然后算出油膜的面积S，于是可求出油膜的厚度h＝d＝。‎ 答案：②在量筒中滴入N滴溶液　③在水面上先撒上痱子粉 ‎2．(2017·上海二模)(1)如图所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是________(用符号表示)。‎ ‎(2)用“油膜法”来粗略估测分子的大小，是通过一些科学的近似处理，这些处理有：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)“用油膜法估测分子的大小”实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径。很显然操作先后顺序排列应是dacb。‎ ‎(2)在“用油膜法估测分子的大小”实验中，我们的实验依据是：①油膜是呈单分子分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙。‎ 答案：(1)dacb　(2)把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜，把形成油膜的分子看作紧密排列的球形分子 ‎3．(2017·银川质检)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，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油滴的________。‎ 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，一滴油酸酒精溶液的体积为 mL，一滴油酸酒精溶液含纯油酸 mL，则油酸分子的直径大小为d＝ cm。‎ ‎(2)设一个油酸分子体积为V，则V＝π3，由 NA＝ 可知，要测定阿伏加德罗常数，还需知道油滴的摩尔体积，故B正确。‎ 答案：(1)　(2)B ‎4.(2017·南阳质检)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，试求：‎ ‎(1)油酸膜的面积是________cm2；‎ ‎(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________mL；‎ ‎(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径是________m。‎ 解析：(1)根据题图，数得格子数为131个，那么油膜面积是S＝131×‎1 cm2＝‎131 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 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 V＝ mL＝8×10－6 mL。‎ ‎(3)油酸分子的直径为 d＝＝ cm≈6.1×10－‎10 m。‎ 答案：(1)131　(2)8×10－6　(3)6.1×10－10‎