專題 實驗《用油膜法估測分子的大小》

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1、高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 專題四 用油膜法估測分子的大小 第 11 頁 共 12 頁 【實驗?zāi)康摹? （1）用油膜法估測分子的大小。 （2）加深對分子動理論基本內(nèi)容的理解 （3）學(xué)會間接測量微觀量的方法 【實驗原理】 （1）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。 （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,其中——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，其中的酒精溶于水并很快揮發(fā)，

2、在水面上形成近似圓形的一層純油酸薄膜，其中C17H33——一部分冒出水面而——COOH部分留在水中，油酸分子直立在水面上，形成一個單分子油膜。 （3）單分子油膜法粗測分子直徑的原理，類似于取一定量的小米，測出它的體積V，然后把它平攤在桌面上，上下不重疊，一粒緊挨一粒，量出這些米粒占據(jù)桌面的面積S，從而計算出米粒的直徑。 （4）通過測出油滴的體積V及油滴在液面上形成的單分子油膜面積S，運用油酸滴入水面前后的總體積相等，測定分子直徑。 【實驗器材】 淺盤、痱子粉、注射器（或滴管）、量筒、坐標(biāo)紙、玻璃紙、水彩筆（或鋼筆）、事先配制好的油酸酒精溶液。

3、 【實驗步驟】 ① 先在淺盤中倒入2～3cm深的水，將痱子粉或石膏粉均勻撒在水面上。 ② 用滴管將酒精油酸溶液逐滴滴入量筒至1ml，記下滴入的滴數(shù)n，算出一滴油酸溶液的體積V0/滴。 ③ 待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將玻板放在淺盤上，用水彩筆或鋼筆畫出油膜形狀。 ④ 將玻璃放在坐標(biāo)紙上，算出油膜面積S；或通過數(shù)玻璃板上的方格數(shù)，算出油膜面積S。 ⑤ 根據(jù)溶液濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V。 ⑥ 用一滴純油酸的體積V和薄膜面積S，即可計算出薄膜的厚度d = V/S。 【注意事項】 （1）油

4、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。油酸酒精溶液的濃度以小于l‰為宜。 （2）注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1cm之內(nèi),當(dāng)針頭靠近水面(油酸酒精溶液沒滴下之前)時，會發(fā)現(xiàn)針頭下方的痱子粉末層已被排開，這是由于針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果. （3）實驗時針管（或滴管）在接近水面1cm左右滴油酸溶液，并且在液面穩(wěn)定后，畫下液面形狀。 （4）在玻璃上畫輪廓線時，要待測油酸面擴散后又收縮穩(wěn)定后再畫,這是因為： ① 水面受油酸酒精溶液液滴擴散沖擊后又要恢復(fù)； ② 酒精揮發(fā)引起的液面收縮. （5）要保證1mL溶液的滴數(shù)，準(zhǔn)確無誤；要控制滴液滴時的速度，確保液滴體積穩(wěn)定

5、。 （6）在計算面積時，如玻璃板上有直徑1cm的方格，數(shù)方格數(shù)將不滿半格的舍棄，超過半格的記為一格。 （7）油酸酒精溶液的液滴要適當(dāng)多一些。 （8）每次實驗時要讓淺盤中的水穩(wěn)定后再做。 （9）痱子粉不宜撒得過厚，重做實驗時，水要從盤的一側(cè)邊緣倒出，這樣殘留在盤上的油酸量少，容易清洗干凈。 【實驗紀(jì)錄】 項目 油酸酒精溶液濃度 1mL溶液的滴數(shù) 一滴油酸酒精溶液的體積 一滴油酸的體積 油膜面積 數(shù)值

6、 【誤差分析】 1、純油酸體積的計算誤差: 2、油膜面積的測量誤差主要是： （1）油膜形狀的畫線誤差 （2）數(shù)格子法本身是一種估算的方法，自然帶來誤差 ● 見證考題 ● 【例題精析】 【例題1】（1992上?！と?、2）將1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液，已知1cm3溶液

7、有50滴，現(xiàn)取1滴油酸酒精溶液滴在水上，隨著酒精溶于水，油酸在水面上形成一層單分子薄層，測出這一薄層面積為0.2m2，由此可估算出油酸分子的直徑約為 m。 【解析】每一滴油酸酒精溶液的體積為：；一滴溶液中含純油酸的體積為：；故油酸分子的直徑為：。 【點撥】純油酸利用酒精稀釋的目的是為了更好地形成單分子油膜，計算一滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積是該題的難點。即要找準(zhǔn)兩個比例：一個“稀釋比”和一個“分滴比”。 【例題2】在做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體積濃度為n，又用滴管測得每N滴這種油酸酒精溶液的總體積為V，，將一滴這種

8、溶液滴在淺盤中的水面上，在玻璃板上描出油膜的邊界線，再把玻璃板放在畫有邊長為a的正方形小格的紙上(如右圖)測得油膜占有的小正方形個數(shù)為m。 ⑴用以上字母表示油酸分子的大小d。 ⑵從右圖中數(shù)得油膜占有的小正方形個數(shù)為m =______。 【解析】⑴從題意知道：一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積為： 。 油膜面積為 利用圓柱模型，所以。 ⑵利用數(shù)格子的方法可知m=58。 【點撥】（1）計算一滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積是該題的難點。 （2）計算方格數(shù)時，不足半個格子的舍去，多余半個格子的算一個；方格邊長的單位越小，這種方法求出的面積越精確。 【例題3】本實驗利用油酸在

9、水面上形成一單分子層的油膜，估測分子大小。實驗步驟如下： ① 將5mL的油酸倒入盛有酒精的玻璃量杯中，蓋上蓋并搖動，使油酸均勻溶解形成油酸酒精溶液，讀出該溶液的體積為NmL。 ② 用滴管將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入空量杯中，記下當(dāng)杯中溶液到達1mL時的總滴數(shù)n。 ③ 在邊長約40cm的淺盤里倒入自來水，深約2cm，將少許石膏粉均勻地輕輕撒在水面上。 ④ 用滴管往盤中水面上滴一滴油酸酒精溶液。由于酒精溶于水而油酸不溶于水，于是該滴中的油酸就在水面上散開，形成油酸薄膜。 ⑤ 將平板玻璃放在淺方盤上，待油酸薄膜形成穩(wěn)定后可認(rèn)為已形成單分子層油酸膜。用彩筆將該單分子層油酸膜的輪廓畫在玻璃板上

10、。 ⑥ 取下玻璃板放在方格子上，量出該單分子層油酸膜的面積。 在估算油酸分子大小時，可將分子看成球形。用以上實驗步驟中的數(shù)據(jù)和符號表示，油酸分子的半徑r= 。 【解析】仔細分析每一步驟—— 由①得油酸酒精溶液中的油酸濃度為； 由②得1滴油酸酒精溶液中的油酸含量為； 弄清③④⑤⑥各步驟的意義，得：油酸分子的半徑。 【點撥】 【針對訓(xùn)練】 1、在粗測油酸分子大小的實驗中，具體操作如下： ① 取油酸1.00mL注入250mL的容量瓶內(nèi)，然

11、后向瓶中加入酒精，直到液面達到250mL的刻度為止，搖動瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸的酒精溶液。 ② 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1.00mL為止，恰好共滴了100滴。 ③ 在水盤內(nèi)注入蒸餾水，靜置后滴管吸取油酸的酒精溶液，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，形成一油膜。 ④ 測得此油膜面積為3.60×102cm2。 （1）這種粗測方法是將每個分子視為 ，讓油酸盡可能地在水面上散開，則形成的油膜面積可視為 ，這層油膜的厚度可視為油分子的 。 （2）利用數(shù)據(jù)可求得油酸分

12、子的直徑為 m。 （1）球形 單分子油膜 直徑 （2）1.11×10－9。 2、用“油膜法”可以估測分子的大?。稳胧⑺囵B(yǎng)皿中的油酸溶液所含純油酸的體積為4.0×10-6mL，將培養(yǎng)皿水平放在邊長為1 cm的方格紙上，水面上散開的油膜輪廓如圖所示．該油膜面積為： S= cm2，由此可以估算油酸的分子直徑約為d=_______________ m。 113 、3.6×10-10； 3、利用油膜法可以粗略測出阿伏伽德羅常數(shù)。把密度ρ=0.8×103kg/m3的某種油，用滴管滴出一滴油在水面上形成油膜

13、，已知這滴油的體積為V = 0.3×10-3cm3。 形成油膜的面積為S = 0.5m2，油的摩爾質(zhì)量M = 0.06kg/mol。把油膜看成單分子層，每個分子看成球形，那么： （1）油分子的直徑是多少? （2）由以上數(shù)據(jù)可粗略測出阿伏伽德羅常數(shù)NA是多少? 先列出文字計算式， 再代入數(shù)據(jù)計算。（要求兩位有效數(shù)字） （1）6×10-10m （2） 6.6×1023 mol-1 4、油酸是一種脂肪酸，它的分子和水分子有很強的 親和 能力，當(dāng)它浮在水面上形成一層油膜時，薄膜中只有一層分子，這樣的一層油酸薄膜簡稱 單分子油膜 。如果油酸分子可以大致看作球形

14、，油膜的厚度就是分子的直徑。事先測出一滴油酸的體積V，再測出油膜的面積S，就可計算出油膜分子的直徑d= V/S 。油酸分子直徑的數(shù)量級是 10-10 m。 5．用注射器或滴管將老師事先配制好的 溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)增加一定體積（如1mL）時的滴數(shù)，由此計算出一滴油酸酒精溶液的 ，然后再按油酸酒精溶液的濃度，計算出一滴溶液中 的體積V。 6.在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，測出油酸分子的直徑后，若還要測定阿伏加德羅常數(shù)，只需要再知道( D ) A.油滴的質(zhì)量 B.油滴的體積 C.油酸的摩爾質(zhì)量

15、 D.油酸的摩爾體積 能力測試： 1．實驗中為什么要待容器中的水穩(wěn)定后再進行實驗？ 2．油酸分子直徑的數(shù)量級在10-10m，有位同學(xué)的測量結(jié)果遠大于這個數(shù)量級，試分析可能的原因。 3．根據(jù)你的體會，試述做好本實驗應(yīng)該注意的幾個問題。（或影響實驗結(jié)果的因素） 4．已知酒精油酸溶液的濃度為1‰，一滴油酸酒精溶液在水中擴展的油膜面積約為186cm2，1Ml油酸溶液約有66滴。試確定油酸分子的大小。 附：參考資料 “用油膜法估測分子大小”的實驗指導(dǎo) 用油膜法估測分子的大小這一學(xué)生實驗，是要讓學(xué)生學(xué)習(xí)

16、一種方法，即用宏觀手段來研究微觀問題，該實驗具有很強的探索性，因此指導(dǎo)學(xué)生做好這個實驗是十分有意義的。要做好這個實驗，需注意以下三個主要問題。　　　　　　　　　 一、濃度配制　 教材中要求老師事先配制好一定濃度的酒精油酸溶液，并無明確指明要配多大的濃度、而這一濃度大小的選擇正是這個實驗成功的關(guān)鍵。通過多次試驗，我們認(rèn)為濃度選取1‰較合適。配制濃度為l‰的油酸溶液可經(jīng)兩次配制。第一次配制，在100ml量筒中準(zhǔn)確地放人96ml無水乙醇，再用5ml量簡量入4ml油酸，充分?jǐn)嚢韬螅玫?％濃度的油酸溶液。第二次配制，取97．5ml的無水乙醇放入另一個100ml量筒中，用5ml量筒準(zhǔn)確量入第一次

17、配好的濃度為4％的油酸溶液2．5ml，充分?jǐn)嚢瑁愕玫絣‰的油酸溶液?！? 通過兩次配制，既可減小取液時的相對誤差，又可用盡量少的液體配出。較準(zhǔn)確濃度的溶液。在配制過程中應(yīng)注意，（1）小量簡量取的溶質(zhì)要全部放入溶液；（2）充分?jǐn)嚢?；?）油酸溶液配制后不要長時間放置，以免酒精揮發(fā)改變濃度?！?　　　　　　　　 二、粉的厚度　 實驗中痱子粉的作用是界定油膜大小的邊界，痱子粉過厚，油膜不易擴散，使水面的痱子粉開裂，痱子粉太少，油膜邊界不清。教材中要求學(xué)生將痱子粉均勻地撒在水面上，如何“撒”．這是關(guān)鍵，為了讓學(xué)生撒好痱子粉，可先將痱子粉裝入小布袋中，然后拿一細木棒在水面上方輕敲布袋，即可得到

18、均勻的、很薄的一層痱子粉。具體撒多薄的痱子粉，教師要事先試驗．心中有數(shù)，并指導(dǎo)學(xué)生操作?！　　　　　　　　? 三、點的滴法　 實驗時，把配好的濃度為1‰的油酸溶液約（3ml～5ml）分到5ml量筒中，發(fā)給各小組，讓學(xué)生用液管抽取溶液，一滴一滴地滴入小量筒，訓(xùn)練準(zhǔn)確、均勻地滴點。在練習(xí)之前，教師應(yīng)示范滴管的拿取姿勢，用左手食指、中指挾住滴管的中部．右手拇指和食指攝住滴管的膠頭，兩手掌靠攏。形成一個穩(wěn)定的姿勢，再把兩肘支在桌上，這樣可保證滴出每滴溶液時所用的力始終不變，數(shù)出的滴數(shù)誤差就會減小。學(xué)生按上述方法操作，記下小量筒內(nèi)增加一定體積（例如lml）時的滴數(shù)。接下來把一滴油酸溶液滴入撒好痱子

19、粉的水面中央，這滴油酸溶液立刻伸展為一個80cm2，140cm2左右的以痱子粉為邊界的近圓形油膜，邊緣是鋸齒形，當(dāng)油膜中的無水乙醇揮發(fā)、溶解后．油膜便自動收縮為60cm2－120cm2的近圓形油膜。淺盤上蓋好玻璃，用彩筆描出油膜邊界，用坐標(biāo)紙量出油膜面積?！? 注意了以上三個問題后，這個實驗就不難成功了，實驗過程中，另外注意淺盤選深度為5cm左右的圓盤，口徑選40cm以上，底色用棕、黑等深色，痱子粉應(yīng)保證干燥，淺盤中的水應(yīng)提前放置（靜置）10小時以上，滴管往淺盤水面上滴油酸溶液時，滴管口距下面的高度應(yīng)在1cm 之內(nèi)，當(dāng)重做實驗時，應(yīng)用大量清水把錢盤及量筒、滴管洗凈，有條件的學(xué)校如用熱水清洗或酒清擦試后再沖洗效果更佳?！? 總之，只要教師精心準(zhǔn)備，對學(xué)生認(rèn)真指導(dǎo)，則可觀察到應(yīng)有的實驗現(xiàn)象，一定會得到與油酸分子公認(rèn)值1．12 × 10-9很接近的測量估算值。