高考物理一轮复习实验十二用油膜法估测分子的大小教学案Word文档格式.docx

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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

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，这是由于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】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，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）依据实验顺序，先配制混合溶液（④），然后在浅盘中放水和痱子粉（①），将一滴溶液滴入浅盘中（②），将玻璃板放在浅盘上获取油膜形状（⑤），最后用已知边长的坐标纸上的油膜形状来计算油膜的总面积（③）。

故正确的操作顺序为④①②⑤③。

（2）一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V＝

×

＝6.7×

10－5cm3，故油酸分子直径d＝

＝

≈5×

10－10m。

答案：

（1）④①②⑤③　

（2）5×

10－10

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，由于酒精溶于水，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×

【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，可以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有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×

10－12　4.9×

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，可能是由于（　　）

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

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＝

（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，可能是由于（　　）

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

选AC　用油膜法估测分子直径，是利用油酸的体积与形成的单分子油膜面积的比值来估算分子直径的，分子直径值明显偏大可能的原因有：

一是油酸体积测量值偏大；

二是油膜面积测量值偏小，油酸未完全散开和舍去不足一格的方格均会造成油膜面积测量值偏小的结果，故A、C正确；

油酸中酒精更易溶于水，故不会产生影响，B错误；

而D项计算每滴溶液中所含油酸的体积偏小，会使分子直径估算值偏小，D错误。

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．109cm2　　　　　　　　B．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，由此可以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。

由图可以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。

由此可以估算出铁原子的直径约为________m（结果保留两位有效数字）。

（1）256　8×

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）②由于一滴溶液的体积太小，直接测量时，相对误差太大，应用微小量累积法减小测量误差；

③液面上不撒痱子粉时，滴入的油酸酒精溶液挥发后剩余的油膜不能形成一块完整的油膜，油膜间的缝隙会造成测量误差增大甚至实验失败。

（2）由油酸分子的直径易得油酸分子的体积为

π

3＝

πd3。

欲求阿伏加德罗常数，由题中选项知，B正确。

（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。

（1）上述步骤中，正确的顺序是______________。

（结果保留1位有效数字）

（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足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，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）油膜面积约占70小格，面积约为S＝70×

25×

10－6m2≈4.4×

10－2m2，一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V＝

10－6m3＝1.2×

10－11m3，

油酸分子的直径约等于油膜的厚度

m≈2.7×

（2）实验过程中除了按步骤进行操作，还要仔细观察实验现象，并学会分析所观察到的现象。

（1）球体　单分子　直径　4.4×

10－2　1.2×

10－11　2.7×

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，因此油膜的面积扩张；

②油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩