高考物理复习实验十三 用油膜法估测分子的大小.docx

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高考物理复习实验十三用油膜法估测分子的大小

一、基本实验要求

1．实验器材

盛水浅盘、注射器（或滴管）、容量瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉（或细石膏粉）、油酸酒精溶液、量筒、彩笔．

2．实验步骤

（1）用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以免给实验带来误差．

（2）配制油酸酒精溶液，取油酸1mL，注入500mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中，这样就得到了500mL含1mL纯油酸的油酸酒精溶液．

（3）用注射器（或滴管）将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n.

（4）根据V0＝算出每滴油酸酒精溶液的体积V0.

（5）向浅盘里倒入约2cm深的水，并将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上．

（6）用注射器（或滴管）将一滴油酸酒精溶液滴在水面上．

（7）待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上．

（8）将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S（求面积时以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个）．

（9）根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝算出油酸薄膜的厚度d.

（10）重复以上实验步骤，多测几次油酸薄膜厚度，并求平均值，即为油酸分子的大小．

二、规律方法总结

1．实验原理

实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小．当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成如实验原理图甲所示形状的一层纯油酸薄膜．如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分子的大小．用V表示一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积，用S表示单分子油膜的面积，用d表示分子的直径，如实验原理图乙所示，则d＝.

2．数据处理

根据上面记录的数据，完成以下表格内容．

实验

次数

量筒内增加1mL

溶液时的滴数

轮廓内的

小格子数

轮廓面积S

1

2

实验

次数

一滴纯油酸

的体积V

分子的大小（m）

平均值

1

2

3.注意事项

（1）注射器针头高出水面的高度应在1cm之内，当针头靠水面很近（油酸未滴下之前）时，会发现针头下方的粉层已被排开，这是由于针头中酒精挥发所致，不影响实验效果．

（2）待测油膜面扩散后又会收缩，要在油膜面稳定后再画轮廓．扩散后又收缩有两个原因：

第一，水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩．

（3）当重做实验时，将水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去再用清水冲洗，这样做可保持盘的清洁．

（4）本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可．

1．（多选）（2017·岳阳模拟）用油膜法测分子直径的实验中做了哪些科学的近似（　　）

A．把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜

B．把形成油膜的分子看作紧密排列的球形分子

C．将油膜视为单分子油膜，但需要考虑分子间隙

D．将油酸分子视为立方体模型

解析：

用油膜法估测分子大小，必须将分子视为球形，并且不考虑分子间隙；水面上的膜为单分子油膜．只有如此，油膜的厚度才能视为分子直径，即d＝.

答案：

AB

2．（2017·荆州模拟）在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用注射器将一滴油酸溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸上正方形小方格的边长为10mm，该油膜的面积是________m2；若一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是4×10－6mL，则油酸分子的直径是________m（上述结果均保留一位有效数字）．

解析：

油酸在水面上充分扩散开后，就会形成单分子油膜，即油膜的厚度就是分子的直径，考虑到液体分子间的间隙很小，从而忽略，所以油酸的体积就等于油膜的面积与油膜厚度的乘积；油膜的面积是通过坐标纸上的小方格来计算的，即大于半格算一个整格，所以油膜的面积为80×（10×10－3）2m2＝8×10－3m2.油膜分子直径d＝＝m＝5×10－10m.

答案：

8×10－3　5×10－10

1．（多选）（2016·长春模拟）在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，若已知油滴的摩尔质量为M，密度为ρ，油滴质量为m，油滴在水面上扩散后的最大面积为S，阿伏加德罗常数为NA，以上各量均采用国际单位，那么（　　）

A．油滴分子直径d＝

B．油滴分子直径d＝

C．油滴所含分子数N＝NA

D．油滴所含分子数N＝NA

解析：

用油膜法测分子直径，认为油膜的厚度就为分子直径，油滴的质量为m，最大面积为S，则油滴的体积为V＝，油滴分子的直径为d＝，选项B正确，选项A错误；油滴的物质的量为，油滴所含分子数为N＝NA，选项D正确，选项C错误．

答案：

BD

2．（2017·郴州模拟）在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用amL的纯油酸配制成bmL的油酸酒精溶液，再用滴管取1mL油酸酒精溶液，让其自然滴出，共n滴．现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为Scm2，则：

（1）估算油酸分子的直径大小是________cm.

（2）用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油滴的________．

A．摩尔质量　　　　　　B．摩尔体积

C．质量D．体积

解析：

（1）油酸酒精溶液的浓度为，一滴油酸酒精溶液的体积为mL，一滴油酸酒精溶液含纯油酸mL，则油酸分子的直径大小为d＝cm.

（2）设一个油酸分子体积为V，则V＝π，由NA＝可知，要测定阿伏加德罗常数，还需知道油滴的摩尔体积．

答案：

（1）　

（2）B

3．（2017·成都模拟）在用“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：

①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水．待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上．

②用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定．

③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小．

④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积．

⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上．

完成下列填空：

（1）上述步骤中，正确的顺序是____________（填写步骤前面的数字）．

（2）将1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液；测得1cm3的油酸酒精溶液有50滴．现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13m2.由此估算出油酸分子的直径为________m（结果保留一位有效数字）．

解析：

（1）“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：

配制酒精油酸溶液（教师完成，记下配制比例）→测定一滴酒精油酸溶液的体积V0（题中的④）→准备浅水盘（①）→形成油膜（②）→描绘油膜边缘（⑤）→测量油膜面积（③）→计算分子直径（③）

（2）根据纯油酸的体积V和油膜面积S，可计算出油膜的厚度d，把油膜厚度d视为油酸分子的直径，则d＝，每滴油酸酒精溶液的体积是cm3，而1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液，则一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积是V＝×cm3，则根据题目要求保留一位有效数字可知油酸分子的直径为5×10－10m.

答案：

（1）④①②⑤③　　

（2）5×10－10

4．（2016·衡水模拟）在“用油膜法估测分子的大小”实验中，已知一滴溶液中油酸的体积为V油酸，配制的油酸溶液中，纯油酸与溶液体积之比为1∶500，1mL溶液滴250滴，那么1滴溶液的体积是__________mL，所以一滴溶液中油酸体积为V油酸＝________cm3.若实验中测得结果如下表所示，请根据所给数据填写出空白处的数值，并与公认的油酸分子长度值L0＝1.12×10－10m作比较，并判断此实验是否符合数量级的要求．

次数

S/cm2

L＝/cm

L平均值/m

1

533

2

493

3

563

解析：

由题述条件知，1滴溶液的体积V溶＝mL＝4×10－3mL.

因为＝，

故1滴溶液中纯油酸体积

V油酸＝V溶＝×mL＝8×10－6cm3.

可以求出3次测得的L结果分别为L1≈1.5×10－8cm，L2≈1.62×10－8cm，L3≈1.42×10－8cm，

＝≈1.51×10－10m.

与公认值数量级吻合，符合测量要求．

答案：

4×10－3　8×10－6　填表见解析　符合要求

5．（2016·许昌模拟）

（1）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，已经准备的器材有：

油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔，要完成本实验，还缺少的器材有______________________．

（2）在用油膜法估测分子大小的实验中，在哪些方面作了理想化的假设________________________．

（3）如图所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是________（用字母符号表示）．

解析：

（1）为算出一滴油酸酒精溶液的体积需用到量筒；为界定油酸膜的边界要用到痱子粉或细石膏粉；为准确知道油酸膜的面积，要用到坐标纸．

（2）理想化的假设是：

将油膜看成单分子油膜，将油酸分子看作球形，认为油酸分子是一个紧挨一个排列的．

（3）实验时应先确定一滴油酸酒精溶液的体积，然后取一滴油酸酒精溶液滴在水面上形成单分子油膜后，将玻璃板放在浅盘上描下油酸膜的形状，最后将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸膜的面积，故操作的先后顺序是dacb.

答案：

（1）量筒、痱子粉或细石膏粉、坐标纸

（2）将油膜看成单分子油膜，将油酸分子看作球形，认为油酸分子是一个紧挨一个排列的

（3）dacb

6．（2016·济南模拟）在“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸0.6mL，用注射器测得1mL上述溶液为80滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形方格的边长为1cm，试求：

（1）油酸膜的面积是________cm2；

（2）实验测出油酸分子的直径是________m（结果保留两位有效数字）；

（3）实验中为什么要让油膜尽可能散开？

解析：

（1）求油膜面积时，先数出“整”方格的个数，对剩余小方格的处理方法是：

不足半个的舍去，多于半个的记为一个，数一下约有110个．

一个小方格的面积S0＝L2＝1cm2，

所以面积S＝110×1cm2＝110cm2.

（2）一滴纯油酸的体积V＝×mL＝7.5×10－12m3，

油酸分子直径d＝＝m≈6.8×10－10m.

答案：

（1）110　

（2）6.8×10－10

（3）这样做的目的是为了让油膜在水平面上形成单分子油膜