專題實(shí)驗(yàn)《用油膜法估測(cè)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(cè)分子的大小 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? (1) 用油膜法估測(cè)分子的大小。 (2) 加深對(duì)分子動(dòng)理論基本內(nèi)容的理解 (3) 學(xué)會(huì)間接測(cè)量微觀量的方法 【實(shí)驗(yàn)原理】 O7H33――，另一部分是 V然后把它平攤在桌 (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(cè)分子的大小。 (2) 油酸的分子式為 C7H33COOH它的一個(gè)分子可以看成由兩部分組成：一部分是 ――COOH其中一一OOOH寸水有很強(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(shí)，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 成近似圓形的一層純油酸薄膜，

2、其中 C7H33――一部分冒出水面而一一 COOH^分 留在水中，油酸分子直立在水面上，形成一個(gè)單分子油膜。 (3) 單分子油膜法粗測(cè)分子直徑的原理，類似于取一定量的小米，測(cè)出它的體積 S,從而計(jì)算出米粒的直徑。 S 油酸分子 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 (4) 通過測(cè)出油滴的體積 V及油滴在液面上形成的單分子油膜面積 運(yùn)用油酸滴入水面前后的總體積相等，測(cè)定分子直徑 d = V。 S 【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。 第1頁共12頁 高中物理第一輪總復(fù)習(xí)

3、 【實(shí)驗(yàn)步驟】 用I 第#頁共12頁 高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 第#頁共12頁 高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 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。 Vo/ 滴。 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 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 So ⑤ 根據(jù)溶液濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積 Vo 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

4、厚度 d = V/S o 【注意事項(xiàng)】 (1) 油酸酒精溶液配制后，不要長時(shí)間放臵，以免改變濃度，產(chǎn)生誤差。油酸酒精溶液的濃度以小于 I %。 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(shí)，會(huì)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(shí)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(shí)，要待測(cè)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、? (5) 要保證1mL溶液的滴數(shù)，準(zhǔn)確無誤；要控制滴液滴時(shí)的速度，確保液滴體積穩(wěn)定。 (6) 在計(jì)算面積時(shí)，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(shí)要讓淺盤中的水穩(wěn)定后再做。 痱子粉不宜撒得過厚，重做實(shí)驗(yàn)時(shí)，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。 第3頁共12頁 高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 【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 第

6、5頁共12頁 高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 【誤差分析】 1純油酸體積的計(jì)算誤差： 2、油膜面積的測(cè)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 第#頁共12頁 高中物理第一輪總復(fù)習(xí) ?見證考題? 第7頁共12頁 高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 【例題精析】 【例題1】（1992上海?三、2）將1cm3的油酸溶于酒精，制成 200cm!的油酸酒精溶液，已知 1cmf溶液有 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(cè)出這一 2 薄層面積為0.2m，由此可估算出油酸分

7、子的直徑約為 m 。 【解析】每一滴油酸酒精溶液的體積為：V = 50 = 0.02cm3 ； 一滴溶液中含純油酸的體積為： 4 3 10 3 10 V =V 200 ~ 10 cm 10 m ；故油酸分子的直徑為： d = 5 10_ m。 【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(gè)比例：一個(gè)“稀釋比”和一個(gè)“分滴比” 。 n,又 【例題2】在做用油膜法估測(cè)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 用滴管測(cè)得每N滴這種油酸酒精溶液的總體積為 V,，將一滴這種溶液滴在淺盤

8、中的水面上, 在玻璃板上描 第#頁共12頁 高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 第#頁共12頁 高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 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(cè)得油膜占有的小正方形個(gè) 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(gè)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: V = V n。 N nV ma2N 油膜面積為S =ma2 利用圓柱模型 ⑵利用數(shù)格子的方法可知 m=5 8 【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)。

9、 （2）計(jì)算方格數(shù)時(shí)，不足半個(gè)格子的舍去，多余半個(gè)格子的算一個(gè)；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)利用油酸在水面上形成一單分子層的油膜，估測(cè)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(dòng)，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(shí)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

10、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。 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 Scm2。 在估算油酸分子大小時(shí)，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(hào)表示，油酸分子的半徑 r= 。 【解析】仔細(xì)分析每一步驟一一 由①得油酸酒精溶液中的油酸濃度為 5 ； N 1 5 由②得1滴油酸酒精溶液中的油酸含量為 v = 1衛(wèi)ml ； n N 弄清③④⑤⑥各步驟的意義，得：油酸分子的半徑 r = - =- —cm。 2 2s 2nNs 【點(diǎn)

11、撥】 第9頁共12頁 高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 【針對(duì)訓(xùn)練】 1在粗測(cè)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?jī)?nèi)，然后向瓶中加入酒精，直到液面達(dá)到 250mL的刻度為止，搖 動(dòng)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 I.OOmL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(cè)得此油膜面積為 3.60 x 102cmf。 (1) 這種

12、粗測(cè)方法是將每個(gè)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)可求得油酸分子的直徑為 m 。 -6 4.0 x 10 mL, (1)球形 單分子油膜 直徑 (2) 1.11 x 10「9。 2、用“油膜法”可以估測(cè)分子的大小?滴入盛水培養(yǎng)皿中的油酸溶液所含純油酸的體積為 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= cm 2,由此可以估算油酸的分子直徑約為 -10 113 、3.6 x 10 ； 3、禾U用油膜法可以粗略測(cè)出阿伏伽德羅常數(shù)。把密度

13、p =0.8 x 103kg/m3的某種油，用滴管滴出一滴油在水 面上形成油膜，已知這滴油的體積為 V = 0.3 x 10-3cm3o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(gè)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(cè)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) 23 (2) 6.6 x 10 mol -10 (1) 6x 10 m 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(shí)，薄

14、 膜中只有一層分子，這樣的一層油酸薄膜簡(jiǎn)稱 —單分子油膜 。如果油酸分子可以大致看作球形，油 膜的厚度就是分子的直徑。事先測(cè)出一滴油酸的體積 V,再測(cè)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(jí)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(shí)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(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)出油酸分子的直徑后，若還要測(cè)定阿伏加德羅常數(shù)，只需 要再知道（ D ）

15、A.油滴的質(zhì)量 B.油滴的體積 C.油酸的摩爾質(zhì)量 D.油酸的摩爾體積 能力測(cè)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(jí)在 io-1om有位同學(xué)的測(cè)量結(jié)果遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)量級(jí)，試分析可能的原因。 3 ?根據(jù)你的體會(huì)，試述做好本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該注意的幾個(gè)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%o, —滴油酸酒精溶液在水中擴(kuò)展的油膜面積約為 186cmf, 1MI油酸 溶液約有66滴。試確定油酸分子的大小。 第11頁共12頁 高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 附：參考資料 “用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 用油膜法估測(cè)分

16、子的大小這一學(xué)生實(shí)驗(yàn)，是要讓學(xué)生學(xué)習(xí)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(gè)實(shí)驗(yàn)是十分有意義的。要做好這個(gè)實(shí)驗(yàn)，需注意以下三 個(gè)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(gè)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 I %。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(jiǎn)量入4ml 油酸，充分?jǐn)嚢韬螅玫?4%濃度的油酸溶液。第二次配制，取 97. 5ml的無水乙醇放

17、入另一個(gè) 100ml量 筒中，用5ml量筒準(zhǔn)確量入第一次配好的濃度為 4%的油酸溶液2. 5ml，充分?jǐn)嚢?，便得到I %。的油酸溶 液。 通過兩次配制，既可減小取液時(shí)的相對(duì)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(jiǎn)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(shí)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

18、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(shí)，把配好的濃度為 1%o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(shì)， 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(gè)穩(wěn)定的姿勢(shì)， 再把兩肘支在桌上，這樣可保證滴出每滴溶液時(shí)所用的力始終不變，數(shù)出的滴數(shù)誤差就會(huì)減小。學(xué)生按上 述方法操作，記下小量筒內(nèi)增加一定體

19、積（例如 Iml ）時(shí)的滴數(shù)。接下來把一滴油酸溶液滴入撒好痱子粉 的水面中央，這滴油酸溶液立刻伸展為一個(gè) 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(dòng)收縮為 60cni- 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(gè)問題后，這個(gè)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(shí)以上，滴管往淺盤水面上滴油酸溶液時(shí)，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(shí)，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?zèng)_洗效果更佳。 總之，只要教師精心準(zhǔn)備，對(duì)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(huì)得到與油酸分子公 認(rèn)值1. 12 X 10-9很接近的測(cè)量估算值。 第13頁共12頁