高考物理一轮复习精品学案实验12 用油膜法估测分子的大小解析版Word下载.docx

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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

一滴纯油酸的体积V

分子的大小（m）

平均值

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，这是因为针头中酒精挥发所致，不影响实验效果．

（2）待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再画轮廓．扩散后又收缩有两个原因：

①水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；

②酒精挥发后液面收缩．

（3）当重做实验时，将水从浅盘的一侧边缘倒出，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，这样做可保持浅盘的清洁．

（4）本实验只要求估测分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可.

高频考点一实验原理与操作

例1．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，

（1）该实验中的理想化假设是（）

A．将油膜看成单分子层油膜

B．不考虑各油酸分子间的间隙

C．不考虑各油酸分子间的相互作用力

D．将油酸分子看成球形

（2）实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是（）

A．可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓

B．对油酸溶液起到稀释作用

C．有助于测量一滴油酸的体积

D．有助于油酸的颜色更透明便于识别

（3）某老师为本实验配制油酸酒精溶液，实验室配备的器材有：

面积为0.22m2的蒸发皿、滴管、量筒（50滴溶液滴入量筒体积约为1毫升）、纯油酸和无水酒精若干．已知分子直径数量级为10－10m，则该老师配制的油酸酒精溶液浓度（油酸与油酸酒精溶液的体积比）至多为________‰（保留两位有效数字）．

答案

（1）ABD

（2）B（3）1.1

【变式探究】“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下：

A．将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数（不足半个的舍去，多于半个的算一个），再根据方格的边长求出油膜的面积S.

B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上．

C．用浅盘装入约2cm深的水．

D．用公式d＝

求出薄膜厚度，即油酸分子的大小．

E．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V.

（1）上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完全，请指出：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________.

（2）上述实验步骤的合理顺序是________．

答案

（1）见解析

（2）CFBAED

解析

（1）①C步骤中，要在水面上均匀地撒上细石膏粉或痱子粉．②实验中，要有步骤F：

用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时的滴数．

（2）合理顺序为CFBAED.

高频考点二实验数据处理

例2．油酸酒精溶液的浓度为每10000mL油酸酒精溶液中有油酸6mL，用滴管向量筒内滴75滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1mL.若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，因为酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的单分子油膜的形状如图1所示．

（1）若每一小方格的边长为10mm，则油酸薄膜的面积为________m2；

图1

（2）每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为________m3；

（3）根据上述数据，估算出油酸分子的直径为________m（保留一位有效数字）．

答案

（1）1.15×

10－2

（2）8×

10－12（3）7×

10－10

【变式探究】在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，具体操作如下：

①取油酸0.1mL注入250mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250mL的刻度为止，摇动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，记录滴入的滴数直到量筒达到1.0mL为止，恰好共滴了100滴；

③在边长约40cm的浅盘内注入约2cm深的水，将细石膏粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有石膏粉，能够清楚地看出油膜轮廓；

④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状；

⑤将画有油膜形状的玻璃板放在边长为1.0cm的方格纸上，算出完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个．

（1）这层油膜的厚度可视为油酸分子的________．

（2）利用上述具体操作中的相关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸为________m3，求得的油膜分子直径为________m．（结果全部保留2位有效数字）

答案

（1）直径

（2）4.0×

10－124.9×

解析

（1）油膜的厚度可视为油酸分子的直径．

（2）一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为

V＝

×

mL＝4.0×

10－6mL＝4.0×

10－12m3

形成油膜的面积S＝1.0×

（67＋14）cm2＝8.1×

10－3m2

油酸分子的直径d＝

≈4.9×

10－10m.

【举一反三】在“用单分子油膜估测分子大小”的实验中，

（1）（多选）某同学计算出的结果明显偏大，可能是因为（）

A．油酸未完全散开

B．油酸中含有大量酒精

C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格

D．求每滴溶液中纯油酸的体积时，1mL溶液的滴数多记了10滴

（2）在做实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸1mL，用注射器测得1mL上述溶液有200滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油膜的近似轮廓如图2所示．图中正方形小方格的边长为1cm，根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________nm.

图2

答案

（1）AC

（2）0.4

（2）一滴该溶液含纯油酸的体积为：

mL＝5×

10－6mL＝5×

10－12m3；

可计算出油膜的面积约为：

125×

1cm2＝1.25×

10－2m2，故油酸分子的直径为：

d＝

＝

m＝4×

10－10m＝0.4nm.

1．（多选）“用油膜法估测分子的大小”实验的科学依据是（）

A．将油酸形成的膜看成单分子油膜

C．考虑了各油酸分子间的间隙

解析：

选ABD“用油膜法估测分子的大小”的原理是将一滴油酸（体积为V）滴入水中，使之形成一层单分子油膜，成为一个一个单层排列的球形体，显然，球形体的直径即为单分子油膜的厚度d，假设单分子油膜的面积为S，必然有d＝

，所以，“用油膜法估测分子的大小”实验的科学依据是A、B、D。

2．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的浓度为A，N滴溶液的总体积为V。

在浅盘中的水面上均匀撒上痱子粉，将一滴溶液滴在水面上，待油膜稳定后，在带有边长为a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的轮廓，如图实121所示，测得油膜占有的正方形小格数为X。

图实121

（1）用以上字母表示一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为________。

（2）油酸分子直径约为________。

（1）由题意可知，一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为V0＝

。

（2）一滴所形成的油膜的面积为S＝Xa2，所以油膜的厚度，即为油酸分子的直径为d＝

答案：

（1）

（2）

3．（多选）某学生在“用油膜法估测分子大小”的实验中，计算结果明显偏大，可能是因为（）

C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格

D．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数误多计了10滴

4．在用油膜法测量分子直径的实验中

（1）体积为10cm3的油滴，滴在水面上展开形成单分子油膜，则油膜面积的数量级为________。

A．109cm2B．106cm2

C．104cm2D．102cm2

（2）将酒精加入1cm3的油酸中制成200cm3的油酸酒精溶液。

已知1cm3溶液有50滴，现取1滴油酸酒精溶液滴在水面上，随着酒精蒸发，油酸在水面上形成单分子油膜，已测得油膜层的面积为0.2m2，由此能够估测油酸分子的直径为________cm。

（1）A

（2）5×

10－8

5．测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法。

（1）在“用油膜法估测分子大小”的实验中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入标注250mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250mL的溶液。

然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图实123（甲）所示。

坐标格的正方形大小为2cm×

2cm。

由图能够估算出油膜的面积是_______cm2，由此估算出油酸分子的直径是_______m（保留一位有效数字）。

图实123

（2）如图（乙）是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。

这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43×

10－8m的圆周而组成的。

由此能够估算出铁原子的直径约为________m（结果保留两位有效数字）。

（1）数油膜的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面积S＝格数×

2cm×

2cm＝256cm2。

溶液浓度为

，每滴溶液体积为

mL,2滴溶液中所含油酸体积为V＝2×

10－5cm3。

油膜厚度即油酸分子的直径是d＝

≈8×

10－10m。

（2）直径为1.43×

10－8m的圆周周长为D＝πd＝4.5×

10－8m，能够估算出铁原子的直径约为d′＝

m＝9.4×

（1）2568×

10－10

（2）9.4×

6．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中：

（1）某同学操作步骤如下：

①取一定量的无水酒精和油酸，配制成一定浓度的油酸酒精溶液；

②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；

③在蒸发皿内盛一定量的水，再滴入一滴溶液，待散开稳定；

④在蒸发皿上覆盖玻璃板，描出油酸薄膜形状，用透明方格纸测量油酸薄膜的面积。

请指出错误或有遗漏的步骤，并改正其错误：

错误的步骤：

__________________________________；

有遗漏的步骤：

________________________________。

（2）用油膜法测出油酸分子直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需知道油滴的（）

A．摩尔质量B．摩尔体积

C．质量D．体积

（1）见解析

（2）B

7.在“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，准确的顺序是______________。

（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1位有效数字）

（1）根据实验原理易知操作步骤准确的顺序为④①②⑤③。

（2）根据实验原理可知油酸分子直径为d＝

m≈5×

（1）④①②⑤③

（2）5×

8.油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.6mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入充足大盛水的浅盘中，因为酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图实122所示。

若每一小方格的边长为25mm，试问：

图实122

（1）这种估测方法是将每个油酸分子视为________模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为_______油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的________。

图中油酸膜的面积为________m2；

每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是______m3；

根据上述数据，估测出油酸分子的直径是______m。

（结果保留两位有效数字）

（2）某同学在实验过程中，在距水面约2cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？

请写出你分析的原因：

_____________________________________________________

________________________________________________________________________。

（1）球体单分子直径4.4×

10－21.2×

10－112.7×

10－10

（2）主要有两个原因：

①水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，所以油膜的面积扩张；

②油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩