專題 實(shí)驗(yàn)《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(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)原理】 （1）實(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(jì)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(yùn)用油酸滴入水面前后的總體積相等，測定分子直徑。 【實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jì)算出薄膜的厚度d = V/S。 【注意事項(xiàng)】 （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(shí)驗(yàn)效果. （3）實(shí)驗(yàn)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(kuò)散后又收縮穩(wěn)定后再畫,這是因?yàn)椋? ① 水面受油酸酒精溶液液滴擴(kuò)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)紀(jì)錄】 項(xiàng)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(jì)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(diǎn)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(jì)算一滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積是該題的難點(diǎn)。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(shí)驗(yàn)中，已知實(shí)驗(yàn)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(diǎn)撥】（1）計(jì)算一滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積是該題的難點(diǎn)。 （2）計(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dá)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(shí)驗(yàn)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(xì)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(diǎn)撥】 【針對訓(xùn)練】 1、在粗測油酸分子大小的實(shí)驗(yàn)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(dá)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(dá)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(jì)算式， 再代入數(shù)據(jù)計(jì)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(qiáng)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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中為什么要待容器中的水穩(wěn)定后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？ 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(yuǎn)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(shí)驗(yàn)應(yīng)該注意的幾個問題。（或影響實(shí)驗(yàn)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(kuò)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(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 用油膜法估測分子的大小這一學(xué)生實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)具有很強(qiáng)的探索性，因此指導(dǎo)學(xué)生做好這個實(shí)驗(yàn)是十分有意義的。要做好這個實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。通過多次試驗(yàn)，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?，得?％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?，便得到l‰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(shí)驗(yàn)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(kuò)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(xì)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(yàn)．心中有數(shù)，并指導(dǎo)學(xué)生操作?！　　　　　　　　? 三、點(diǎn)的滴法　 實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。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(shí)驗(yàn)就不難成功了，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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。