實(shí)驗(yàn)二十用油膜法估測(cè)油酸分子的大小第十四章熱學(xué)1.知道油膜法估測(cè)油酸分子的大小的原理。2.掌握用油膜法估測(cè)油酸分子的大小的方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)實(shí)驗(yàn)原理與器材操作要領(lǐng)注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)原理:利用油酸酒精溶液在平靜的水面上形成單分子油膜,如圖甲;用d=計(jì)算出油膜的厚度,其中V為一滴油酸酒精溶液中所含油酸的體積,S為油膜面積,這個(gè)厚度就近似等于油酸分子的直徑,如圖乙。2.實(shí)驗(yàn)器材油酸、酒精、量筒、注射器(或滴管)、容量瓶(500

ml)、爽身粉、清水、盛水淺盤(pán)(邊長(zhǎng)約30~40

cm)、(有機(jī))玻璃板、坐標(biāo)紙、彩筆。1.配制油酸酒精溶液,取純油酸1

mL,注入500

mL的容量瓶中,然后向容量瓶?jī)?nèi)注入酒精,直到液面達(dá)到500

mL刻度線為止。2.用注射器(或滴管)將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,并記下量筒內(nèi)增加一定體積Vn時(shí)的滴數(shù)n。根據(jù)V0=算出每滴油酸酒精溶液的體積V0。3.向淺盤(pán)里倒入約2

cm深的水,并將爽身粉均勻地撒在水面上。4.用注射器(或滴管)將一滴油酸酒精溶液滴在水面上。5.待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤(pán)上,并將油酸膜的形狀用彩筆畫(huà)在玻璃板上。6.將畫(huà)有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,算出油酸薄膜的面積S(求面積時(shí)以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1

cm的正方形為單位計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù),不足半個(gè)的舍去,多于半個(gè)的算一個(gè))。1.注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1

cm之內(nèi),當(dāng)針頭靠水面很近(油酸未滴下之前)時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開(kāi),這是針頭中酒精揮發(fā)所致,不影響實(shí)驗(yàn)效果。2.待測(cè)油酸薄膜擴(kuò)散后又會(huì)收縮,要在油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后再畫(huà)輪廓。擴(kuò)散后又收縮有兩個(gè)原因:(1)水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復(fù);(2)酒精揮發(fā)后液面收縮。3.當(dāng)重做實(shí)驗(yàn)時(shí),將水從淺盤(pán)的一側(cè)邊緣倒出,在這側(cè)邊緣會(huì)殘留油酸,可用少量酒精清洗,并用脫脂棉擦去,再用清水沖洗,這樣做可保持淺盤(pán)的清潔。4.本實(shí)驗(yàn)只要求估測(cè)油酸分子的大小,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)量級(jí)符合要求即可。數(shù)據(jù)處理1.根據(jù)配制的油酸酒精溶液的濃度,算出一滴溶液中純油酸的體積V。2.由1中體積V和薄膜的面積S,算出油酸薄膜的厚度d=,即油酸分子的直徑大小。誤差分析1.一滴油酸酒精溶液的實(shí)際體積和理論值間存在偏差。2.油酸酒精溶液的實(shí)際濃度和理論值間存在偏差,所以純油酸體積的計(jì)算會(huì)有誤差。3.油酸在水面上的實(shí)際分布情況和理想中的“均勻”、“單分子純油酸層”間存在偏差。4.畫(huà)油膜形狀時(shí)不準(zhǔn)確帶來(lái)誤差。5.數(shù)格子法(一種估算的方法,即不足半格的舍去、大于半格的算一格),計(jì)算獲得的油膜面積與實(shí)際的油膜面積間存在偏差。目

錄CONTENTS考點(diǎn)01限時(shí)作業(yè)02考點(diǎn)1考點(diǎn)二創(chuàng)新拓展實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1

為了估測(cè)油酸分子的大小,我們把一滴油酸滴在水面上,水面上會(huì)形成一層油膜,油膜是由單層油酸分子中的烴基組成的。油酸分子中的一部分是羧基,它對(duì)水有很強(qiáng)的親合力;而另一部分烴基對(duì)水沒(méi)有親合力,要冒出水面。因此,油酸分子會(huì)一個(gè)個(gè)地直立在水面上形成單分子層油膜。 (1)該實(shí)驗(yàn)中的理想化假設(shè)是____________。

A.將油膜看成單分子層油膜 B.不考慮各油酸分子間的間隙 C.不考慮各油酸分子間的相互作用力 D.將油酸分子看成球形考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)答案

ABD解析

用油膜法測(cè)量分子的直徑時(shí),不考慮分子間的間隙,將油膜看成單分子油膜層,以及將油酸分子看成球形,故A、B、D正確,C錯(cuò)誤。(2)實(shí)驗(yàn)中使用的是油酸酒精溶液,其中酒精的作用是____________。

A.使油酸的油膜邊界輪廓清晰B.使油酸的顏色更加透明C.有助于測(cè)量一滴油酸的體積D.對(duì)油酸溶液起到稀釋作用答案

D

解析

實(shí)驗(yàn)中使用的是油酸酒精溶液,其中酒精的作用是對(duì)油酸溶液起到稀釋作用,故D正確。(3)測(cè)量一滴油酸酒精溶液的體積時(shí),為了減小誤差而巧用的方法是____________。

A.控制變量法 B.建模法

C.累積法

D.歸納法答案

C

解析

測(cè)量一滴油酸酒精溶液的體積時(shí),先是測(cè)量多滴溶液的總體積,然后以總體積比總滴數(shù)得到一滴油酸酒精溶液的體積,可知為了減小誤差而巧用的方法是累積法,故C正確。(4)利用油膜法可以測(cè)阿伏加德羅常數(shù)。如果已知體積為V的一滴純油酸在水面上散開(kāi)形成的單分子油膜的面積為S,這種油酸的密度為ρ,摩爾質(zhì)量為M,則阿伏加德羅常數(shù)的表達(dá)式為NA=_______________(分子看成球形)。

(5)某同學(xué)將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計(jì)算,導(dǎo)致最終測(cè)出的油酸分子直徑____________(選填“偏大”或“偏小”)。

答案

偏大

例2

(2025·福建三明模擬)“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)方法及步驟如下:

①向1

mL的油酸中加酒精,直至總量達(dá)到500

mL;

②用注射器吸?、僦信渲坪玫挠退峋凭芤?把它一滴一滴地滴入小量筒中,當(dāng)?shù)稳?00滴時(shí),測(cè)得其體積恰好是1

mL;

③先往邊長(zhǎng)為30~40

cm的淺盤(pán)里倒入2

cm深的水,然后將爽身粉均勻地撒在水面上;

④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后,將事先準(zhǔn)備好的玻璃板放在淺盤(pán)上,并在玻璃板上描下油膜的形狀;⑤將畫(huà)有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,如圖所示,小方格的邊長(zhǎng)為20

mm,數(shù)出輪廓范圍內(nèi)小方格的個(gè)數(shù)N。根據(jù)以上信息,回答下列問(wèn)題:(1)由圖可知油膜面積為_(kāi)______________

m2;計(jì)算出油酸分子直徑為_(kāi)___________

m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

答案

4.6×10-24.3×10-10

(2)在實(shí)驗(yàn)中,認(rèn)為油酸分子在水面上形成的是單分子層,這體現(xiàn)的物理思想方法是____________。

A.等效替代法 B.類(lèi)比法

C.理想模型法 D.控制變量法答案

C

解析

實(shí)驗(yàn)中把分子看作小球,認(rèn)為油酸分子能夠一個(gè)一個(gè)緊密排列,在水面上形成單分子層油膜,是采用了理想模型法,C正確。(3)若某學(xué)生計(jì)算油酸分子直徑的結(jié)果偏大,可能是由于____________。

A.油酸未完全散開(kāi)B.油酸酒精溶液濃度計(jì)算值低于實(shí)際值C.計(jì)算油膜面積時(shí),舍去了所有不足一格的方格D.求每滴溶液體積時(shí),1

mL的溶液的滴數(shù)多記了10滴答案

AC

例3

(2025·湖北武漢高三期末)在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中:考點(diǎn)二創(chuàng)新拓展實(shí)驗(yàn)(1)有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的下列說(shuō)法正確的是____________。

A.圖中的操作步驟順序是:丙→丁→乙→甲B.油酸酒精溶液配制好后,不能擱置很久才做實(shí)驗(yàn)C.往淺盤(pán)中滴入油酸酒精溶液后應(yīng)立即描繪油膜輪廓答案

B

解析

根據(jù)題意,由實(shí)驗(yàn)原理可知,用油膜法估測(cè)油酸分子的大小的實(shí)驗(yàn)步驟為丙乙丁甲,故A錯(cuò)誤;油酸酒精溶液配制好后,不能擱置很久才做實(shí)驗(yàn),避免酒精揮發(fā),濃度發(fā)生變化,實(shí)驗(yàn)有誤差,故B正確;滴入油酸酒精溶液后,應(yīng)等油酸薄膜的形狀完全穩(wěn)定后開(kāi)始描繪油膜輪廓,故C錯(cuò)誤。(2)若實(shí)驗(yàn)時(shí)油酸酒精溶液中純油酸占總體積的0.3%,用注射器測(cè)得200滴這樣的油酸溶液為1

mL,取1滴這樣的溶液滴入淺盤(pán)中,即滴入淺盤(pán)中的油酸體積為_(kāi)________

cm3。

答案

1.5×10-5

cm3

(3)不同實(shí)驗(yàn)小組向水面滴入一滴油酸酒精溶液時(shí)得到以下油膜形狀,做該實(shí)驗(yàn)最理想的是____________。

答案

C解析

最理想的情況是爽身粉很薄,容易被油酸酒精溶液沖開(kāi),近似圓形,故C正確。例4

(2025·河南洛陽(yáng)模擬)在“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中,用移液管量取0.25

mL油酸,倒入標(biāo)注250

mL的容量瓶中,再加入酒精后得到250

mL的溶液,然后用滴管吸取這種溶液,向小量筒中滴入50滴溶液,溶液的液面達(dá)到量筒中1

mL的刻度,再用滴管取配好的油酸酒精溶液,向撒有爽身粉的盛水淺盤(pán)中滴下1滴溶液,在液面上形成油酸薄膜,待油膜穩(wěn)定后,放在帶有正方形坐標(biāo)格的玻璃板下觀察油膜,如圖甲所示。坐標(biāo)格中每個(gè)小正方形方格的大小為2

cm×2

cm。由圖甲可以估算出油膜的面積是____________cm2,由此估算出油酸分子的直徑是____________

m(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。

答案

264

8×10-10

(2)如圖乙是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個(gè)“量子圍欄”的照片。這個(gè)量子圍欄是由48個(gè)鐵原子在銅的表面排列成直徑為1.43×10-8

m的圓周而組成的。由此可以估算出鐵原子的直徑約為_(kāi)___________

m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

答案

9.4

×10-10

限時(shí)作業(yè)21.(2025·湖北武漢模擬)(1)如圖反映“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)中的4個(gè)步驟,將它們按操作先后順序排列應(yīng)是____________(用符號(hào)表示)。

(2)在做“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中,將油酸溶于酒精,其濃度為每1

000

mL溶液中有0.6

mL油酸。用注射器測(cè)得1

mL上述溶液有75滴,把1滴該溶液滴入盛水的淺盤(pán)里,待水面穩(wěn)定后,畫(huà)出油膜的形狀,如圖所示,坐標(biāo)紙中正方形方格的邊長(zhǎng)為1

cm,試求:①油酸膜的面積約為_(kāi)___________cm2;

②每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是__________(結(jié)果保留2位有效數(shù)字);

③按以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估測(cè)出油酸分子的直徑是_______m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

答案

(1)bcad

(2)①1.3×102

②8.0×10-12

m3

③6.2×10-10

(3)B解析

(1)用“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)步驟為:配制油酸酒精溶液→測(cè)定一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積→準(zhǔn)備淺水盤(pán)→形成油膜→描繪油膜邊緣→測(cè)量油膜面積→計(jì)算分子直徑。因此操作先后順序排列應(yīng)是bcad。

2.某實(shí)驗(yàn)小組完成“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)。(1)該小組進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)操作,請(qǐng)選出需要的實(shí)驗(yàn)操作,并將它們按操作先后順序排列:D____________C(用字母符號(hào)表示)。

(2)某次實(shí)驗(yàn)時(shí),滴下油酸酒精溶液后,爽身粉迅速散開(kāi)形成如圖所示的“鋸齒”邊沿圖案,出現(xiàn)該圖樣的可能原因是____________。

A.盆中裝的水量太多B.爽身粉撒得太多,且厚度不均勻C.盆太小,導(dǎo)致油酸無(wú)法形成單分子層(3)甲、乙、丙三位同學(xué)分別在三個(gè)實(shí)驗(yàn)小組做“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn),但都發(fā)生了操作錯(cuò)誤。其中會(huì)導(dǎo)致所測(cè)的分子直徑d偏小的是____________。

A.甲同學(xué)在配制油酸酒精溶液時(shí),不小心把酒精倒少了一點(diǎn),導(dǎo)致油酸酒精溶液的實(shí)際濃度比計(jì)算值大一些B.乙同學(xué)在計(jì)算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液體積后,不小心拿錯(cuò)了一個(gè)注射器把溶液滴在水面上,這個(gè)拿錯(cuò)的注射器的針管比原來(lái)的細(xì),每滴油酸酒精溶液的體積比原來(lái)的小C.丙同學(xué)在計(jì)算油膜面積時(shí),把凡是不足一格的油膜都不計(jì),導(dǎo)致計(jì)算的面積比實(shí)際面積小一些答案

(1)BFE

(2)B

(3)A解析

(1)“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)步驟為:用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,記下量筒內(nèi)每增加一定體積時(shí)的滴數(shù),由此計(jì)算出一滴油酸酒精溶液的體積;往淺盤(pán)里倒入約2

cm深的水,水面穩(wěn)定后將適量爽身粉均勻撒在水面上;用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形狀穩(wěn)定,將帶有坐標(biāo)方格的玻璃板放在淺盤(pán)上,然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上;計(jì)算出油膜的面積,根據(jù)油酸的體積和面積計(jì)算出油酸分子直徑的大小,故實(shí)驗(yàn)操作順序?yàn)镈BFEC。(2)出現(xiàn)該圖樣的可能原因是:爽身粉撒得太多,且厚度不均勻,導(dǎo)致油酸沒(méi)有均勻排列開(kāi),故B正確。(3)甲同學(xué)在配制油酸酒精溶液時(shí),不小心把酒精倒少了一點(diǎn),導(dǎo)致油酸酒精溶液的實(shí)際濃度比計(jì)算值大了一些,算出的一滴油酸酒

3.(2025·重慶高三月考)巴蜀中學(xué)高二年級(jí)某學(xué)習(xí)小組用油膜法估測(cè)油酸分子的大小,實(shí)驗(yàn)中他們向1

mL純油酸中添加酒精,配得油酸酒精溶液總體積為500

mL,接著用注射器向量筒內(nèi)滴加80滴上述溶液,量筒中的溶液體積增加了1

mL,把1滴這樣的溶液滴入盛水的淺盤(pán)里,把玻璃板蓋在淺盤(pán)上并描出油膜的輪廓,如圖所示。(1)已知每一個(gè)小正方形的邊長(zhǎng)為20

mm,則該油酸薄膜的面積為_(kāi)___________m2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

(2)油酸分子的直徑是____________m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

(3)用注射器測(cè)得80滴油酸酒精的溶液為1

mL,不小心錯(cuò)記錄為81滴,則所得一滴酒精油酸溶液的體積將偏小,從而使油酸的體積偏小,最終導(dǎo)致所測(cè)分子直徑偏小。4.某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室用油膜法估測(cè)油酸分子的大小。(1)主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:①向體積V油=6

mL的油酸中加酒精,直至總量達(dá)到V總=104

mL;②用注射器吸?、僦杏退峋凭芤?把它一滴一滴地滴入小量筒中,當(dāng)?shù)稳雗=75滴時(shí),測(cè)得其體積恰好是V0=1

mL,則一滴油酸酒精溶液中含有油酸的體積為_(kāi)___________m3;

③先往淺盤(pán)里倒入2

cm