第十四章熱學(xué)實驗19用油膜法估測油酸分子的大小1.知道油膜法估測分子大小的原理。2.掌握用油膜法估測油酸分子大小的方法。實驗儲備·歸納自主落實回扣教材實驗類型·突破關(guān)鍵能力深度剖析【典例1】

油酸酒精溶液的濃度為每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.6mL,現(xiàn)用滴管向量筒內(nèi)滴加50滴上述溶液,量筒中的溶液體積增加了1mL,若把一滴這樣的油酸酒精溶液滴入足夠大盛水的淺盤中,由于酒精溶于水,油酸在水面展開,穩(wěn)定后形成的油膜的形狀如圖所示。若每一小方格的邊長為25mm。類型1實驗基本技能應(yīng)用(1)這種估測方法是將每個油酸分子視為________模型,讓油酸盡可能地在水面上散開,則形成的油膜可視為________油膜,這層油膜的厚度可視為油酸分子的________。圖中油酸膜的面積為________m2;每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸體積為________m3;根據(jù)上述數(shù)據(jù),估測出油酸分子的直徑為________m。(均保留2位有效數(shù)字)(2)某同學(xué)在實驗過程中,在距水面約2cm的位置將一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜,實驗時觀察到,油膜的面積會先擴張后又收縮了一些,這是為什么呢?請寫出你分析的原因:____________________。

(2)主要有兩個原因:①水面受到落下油滴的沖擊,先陷下后又恢復(fù)水平,因此油膜的面積擴張;②油酸酒精溶液中的酒精揮發(fā),使液面收縮。答案

(1)球體單分子直徑4.3×10-2

1.2×10-11

2.8×10-10(2)①水面受到落下油滴的沖擊,先陷下后又恢復(fù)水平,因此油膜的面積擴張;②油酸酒精溶液中的酒精揮發(fā),使液面收縮【典例2】在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中,具體操作如下:①取油酸0.1mL注入250mL的容量瓶內(nèi),然后向瓶中加入酒精,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)直到量筒內(nèi)溶液達到1.0mL為止,恰好共滴了100滴。③在邊長約40cm的淺盤內(nèi)注入約2cm深的水,將爽身粉均勻地撒在水面上,再用滴管吸取油酸酒精溶液,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,形成一層油膜,膜上沒有爽身粉,可以清楚地看出油膜輪廓。④待油膜形狀穩(wěn)定后,將事先準備好的玻璃板放在淺盤上,在玻璃板上繪出油膜的形狀。⑤將畫有油膜形狀的玻璃板放在邊長為1.0cm的方格紙上,算出完整的方格有67個,大于半格的有14個,小于半格的有19個。(1)這層油膜的厚度可視為油酸分子的________。(2)利用上述具體操作中的有關(guān)數(shù)據(jù)可知一滴油酸酒精溶液含純油酸為_______m3,求得的油膜分子直徑為_______m。(均保留2位有效數(shù)字)

答案

(1)直徑(2)4.0×10-12

4.9×10-10【典例3】在“用油膜法估測分子的大小”實驗中,已知一滴溶液中油酸的體積為V油酸,配制的油酸溶液中,純油酸與溶液體積之比為1∶5000,1mL溶液滴25滴,那么1滴溶液的體積是________mL,所以1滴溶液中油酸的體積為V油酸=________cm3。若實驗中測得結(jié)果如表所示,請根據(jù)所給數(shù)據(jù)填寫出空白處的數(shù)值,并與公認的油酸分子直徑d0=1.12×10-10m作比較,判斷此實驗是否符合數(shù)量級的要求:______(填“是”或“否”)。類型2實驗的遷移、拓展和創(chuàng)新次數(shù)S/cm2d的平均值/m1533

2493

3563

答案

4×10-2

8×10-6

1.50×10-8

1.62×10-8

1.42×10-8

1.51×10-10是高效訓(xùn)練·提能拓廣視野智學(xué)慧考1.測量分子大小的方法有很多,如油膜法、顯微法。(1)在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中,用移液管量取0.25mL油酸,倒入標注250mL的溶液。然后用滴管吸取這種溶液,向小量筒中滴入100滴溶液,溶液的液面達到量筒中1mL的刻度,再用滴管取配好的油酸溶液,向撒有爽身粉的盛水淺盤中滴入2滴溶液,在液面上形成油酸薄膜,待薄膜穩(wěn)定后,放在帶有正方形坐標格的玻璃板下觀察油膜,如圖所示。坐標格的正方形大小為2cm×2cm。由圖可以估算出油膜的面積是______cm2(保留2位有效數(shù)字),由此估算出油酸分子的直徑是______m(保留1位有效數(shù)字)。(2)如圖是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個“量子圍欄”的照片。這個量子圍欄是由48個鐵原子在銅的表面排列成直徑為1.43×10-8m的圓周而組成的。由此可以估算出鐵原子的直徑約為________m(保留2位有效數(shù)字)。

答案

(1)2.6×102

8×10-10

(2)9.4×10-102.在“用油膜法測量分子大小”的實驗中,某同學(xué)操作如下:①取1.0mL油酸配成250mL油酸酒精溶液;②用滴管吸取1.0mL油酸酒精溶液逐滴滴入量筒,全部滴完共滴了20滴;③在邊長約10cm的正方形淺盤內(nèi)注入適量的水,將爽身粉均勻地撒在水面上,用滴管滴入一滴溶液;④待油膜形狀穩(wěn)定后,將繪有方格的玻璃板放在淺盤上,繪出油酸的輪廓(如圖所示),每個方格邊長為1.0cm。(1)該實驗中一滴油酸酒精溶液含________mL油酸。(2)由上述數(shù)據(jù)估算得到油酸分子直徑約為________m。(3)若該同學(xué)在計算油酸膜面積時,對不完整的方格均不計數(shù),由此估算得到的油酸分子直徑將________(填“偏大”“偏小”或“不變”)。(4)已知油酸分子的直徑約為8×10-10m,該同學(xué)實驗結(jié)果產(chǎn)生偏差的可能原因是__________________,理由是______________________。

(4)已知油酸分子的直徑約為8×10-10

m,該同學(xué)實驗結(jié)果產(chǎn)生偏差的可能原因是:油酸膜可能沒有充分展開,形成的并不是單分子油膜層。理由是:2×10-10

m3的油酸若形成緊密排列的單分子膜時,油膜面積約為0.25

m2,遠大于淺水盤內(nèi)的水面面積,說明實際上油膜不可能是單分子油膜。