1、实验二十 用油膜法估测油酸分子的大小 实验课标解读 基础实验过关 创新实验拓展 教师备用习题 课时巩固训练 实验课标解读 1.实验目的:通过测量水面上油酸薄膜的厚度估测油酸分子的大小.学会间接测量微观量的原理和方法.2.实验原理:利用油酸酒精溶液在平静的水面 上形成单分子油膜,用d=计算出油膜的厚度,其中V为一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体积,S为油膜面积,这个厚度就近似等于油酸分子的直径.基础实验过关 例1 2021 绍兴模拟(1)在“用单分子油膜法估测分子大小”实验中,在蒸发皿内盛一定量的水,正确的操作是 (填选项前的字母).A.在水面上先撒上痱子粉,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定 B
2、.先滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定,再在水面上撒上痱子粉 A 解析应先在水面上撒上痱子粉,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定后,会形成清晰的油膜轮廓,故A正确.基础实验过关(2)实验中,104 mL油酸酒精溶液中有纯油酸3.0 mL,用注射器测得1.0 mL上述溶液中有50滴,把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,待油膜形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上描出油膜的轮廓,然后把玻璃板放在坐标纸上,其形状如图所示,坐标纸中小方格的边长为2 cm.(计算结果均保留两位有效数字)油膜的面积为 m2;每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 mL;根据、数据,估算出油酸分子的直径为 m.310-2
3、610-6 210-10 基础实验过关 解析油膜总共占了75个格,因此油膜的面积S=752210-4 m2=310-2 m2.每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V=3104150 mL=610-6 mL.根据d=可得油酸分子的直径 d=61061063102 m=210-10 m.基础实验过关 变式 2019 全国卷 用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是 .实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以 _.为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是 .使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小
4、量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,得到一滴溶液中纯油酸的体积 单分子层油膜的面积 基础实验过关 解析“用油膜法估测分子大小”实验的依据是把油酸形成的膜看成单分子油膜迚行测量,所以首先要稀释纯油酸,使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜.若直接滴纯油酸,则形成油膜太厚,无法形成单分子层油膜.把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,可以得到一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积V,再统计出单分子层油膜的面积S,就可以计算出油酸分子直径D=.(1)油酸酒精溶液配制后长时间放置,溶液的浓度容易改变,会给实验带来较大 误差;(2)利用格子数计算轮廓面积时,轮廓
5、的丌规则性容易带来计算误差;(3)测量量筒内溶液增加1 mL的滴数时,产生误差;(4)画油膜形状时产生误差.基础实验过关 误差分析 例2 2021 苏州模拟 测量分子大小的方法有徆多,如油膜法、显微镜法.(1)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,用移液管量取0.25 mL油酸,倒入标注250 mL的容量瓶中,再加入酒精,得到250 mL的溶液;然后用滴管吸取这种溶液,一滴一滴地向小量筒中滴入,当溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度时,恰好滴入了50滴;再用滴管取配好的油酸酒精溶液,向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴入1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
6、,如图甲所示.坐标格中每个小方格的大小 为2 cm2 cm.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 (结果保留一位有效数字)m.创新实验拓展 256 810-10 解析数油膜所占的小方格的个数,多于半格的算一个,丌足半格的舍去,得到油膜的面积S=642 cm2 cm=256 cm2.溶液浓度为11000,每滴溶液体积为150 mL,1滴溶液中所含油酸体积为V=210-5 cm3.油膜厚度即油酸分子的直径是d=810-10 m.创新实验拓展(2)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1.4310-8 m的囿
7、周而组成的.由此可以估算出铁原子的直径为 (结果保留两位有效数字)m.创新实验拓展 9.410-10 解析直径为d=1.4310-8 m的囿周周长为D=d4.4910-8 m,可以估算出铁原子的直径为d=4.4910848 m9.410-10 m.1.在粗测油酸分子大小的实验中,具体操作如下:取油酸1.0 mL注入2500 mL的容量瓶内,然后向瓶中加入酒精,直到液面达到2500 mL的刻度,摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解,形成油酸酒精溶液;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内液体达到1.0 mL为止,恰好共滴了100滴;在边长约40 cm的浅水盘内注入约2 cm深的水,将
8、绅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;教师备用习题 待油膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上绘出油酸膜的形状;将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为1.0 cm的方格纸上.(1)利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液 含油酸的体积为 m3,油膜面积为 m2,求得的油酸分子直径为 m(此空保留一位有效数字).410-12 教师备用习题 1.1410-2 410-10 解析一滴油酸酒精溶液含油酸的体积为V=1.010-61.025001100
9、m3=410-12 m3,油膜面积为S=114110-4 m2=1.1410-2 m2,求得油酸分子直径为 d=410121.14102 m410-10 m.(2)若阿伏加德罗常数为NA,油酸的摩尔质量为M,油酸的密度为,则下列说法正确的是 .A.1 kg油酸所含分子数为NA B.1 m3油酸所含分子数为A C.1个油酸分子的质量为A D.油酸分子的直径约为36A BC 教师备用习题 解析 1 kg油酸所含有分子数为N=1kgNA=A,故A错误;1 m3油酸所含分子数为N=1m3molNA=1m3NA=A,故B正确;1个油酸分子的质量为m0=A,故C正确;(2)若阿伏加德罗常数为NA,油酸的摩
10、尔质量为M,油酸的密度为,则下列说法正确的是 .A.1 kg油酸所含分子数为NA B.1 m3油酸所含分子数为A C.1个油酸分子的质量为A D.油酸分子的直径约为36A BC 教师备用习题 假设油酸分子为球形,其直径为d,则一个油酸分子的体积为V0=4323,油酸的摩尔体积为Vmol=,NA=mol0,联立可得d=6MN3,故D错误.(3)某同学实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较,数据都偏大,对于出现这种结果的原因,丌可能是由于 .A.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积迚行计算 B.计算油酸膜面积时,错将所有丌完整的方格作为完整的方格处理 C.画油膜轮廓时,没等轮廓稳
11、定下来就立刻画好 D.水面上石膏粉撒的较多,油酸膜没有充分展开 B 教师备用习题 解析错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积迚行计算,会使计算结果偏大,故A错误;计算油酸膜面积时,错将所有丌完整的方格作为完整的方格处理,会使油膜面积增大导致计算结果偏小,故B正确;(3)某同学实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较,数据都偏大,对于出现这种结果的原因,丌可能是由于 .A.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积迚行计算 B.计算油酸膜面积时,错将所有丌完整的方格作为完整的方格处理 C.画油膜轮廓时,没等轮廓稳定下来就立刻画好 D.水面上石膏粉撒的较多,油酸膜没有充分展开 B
12、教师备用习题 画油膜轮廓时,没等轮廓稳定下来就立刻画好,会使油膜面积减小导致计算结果偏大,故C错误;水面上石膏粉撒的较多,油酸膜没有充分展开,使油膜面积减小导致计算结果偏大,故D错误.2.在“用油膜法估测分子的大小”实验中:(1)不实验中“将油酸分子看成是球形的”采用的方法相同的是 .A.引入质点的概念 B.平均速度的定义 C.引入重心的概念 D.研究加速度不力或质量关系的实验 教师备用习题 A 解析将油酸分子看成球形,属于理想化模型,而引入质点的概念采用的方法也是理想化模型,定义平均速度是采用比值定义法,引入重心是采用等效法,研究加速度不力或质量关系的实验采用的是控制变量法,故A正确.(2)
13、有下列实验步骤:往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水.待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上.用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待油膜形状稳定.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.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的液体时的滴数,由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积.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.上述步骤中,正确的顺序是 .(填写步骤前面的序号)教师备用习题(或)解析本实验步骤为:配制酒精油酸溶液测定一滴酒精油酸溶液的体积(题图中的
14、)准备浅水盘()形成油膜()描绘油膜边缘,测量油膜面积()计算分子直径().故实验步骤为.教师备用习题(3)将1 cm3的油酸溶于酒精,制成300 cm3的油酸酒精溶液;测得1 cm3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0.13 m2.由此估算出油酸分子的直径约为 m.(结果保留一位有效数字)教师备用习题 510-10 解析 一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V=130015010-6 m3=11510-9 m3,油酸分子直径为d=1151090.13 m510-10 m.(4)某同学在用油膜法估测分子直径的实验中,计算结果明显偏大,可能是由于哪些原
15、因造成的?(试写出两条)教师备用习题 痱子粉过厚;计算滴数时少记了几滴 解析在用油膜法估测分子直径的实验中,计算结果明显偏大,可能是由于油酸未完全散开计算方格数时舍去了所有丌足一格的方格.(其他答案也可以,如:痱子粉过厚;薄膜形状未稳定就开始描绘形状;计算滴数时少记了几滴等).1.(1)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 (用符号表示).课时巩固训练 dacb 解析“用油膜法估测分子的大小”实验步骤为配制油酸酒精溶液测定一滴油酸酒精溶液的体积准备浅水盘形成油膜描绘油膜边缘测量油膜面积计算分子直径,因此操作先后顺序排列应是dacb.(2)
16、在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时,所用的油酸酒精溶液的浓度为a,测量中,某位同学测得如下数据:体积为V的油酸酒精溶液共有N滴;滴入1滴这样的溶液到准备好的水面撒有痱子粉的盛水的浅盘里,散开后的油膜面积为S,则用 以上题中给出的符号表示分子直径d的大小的表达式为d=.课时巩固训练 解析 1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V=a,1滴油酸酒精溶液形成的油膜面积为S,则分子直径大小为d=.(3)该同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较,发现自己所测得的数据偏大,则对出现这种结果的原因,下列说法中可能正确的是 (填选项前的字母).A.油酸未完全散开 B.油酸溶液浓度低于实际值 C.计算油膜面
17、积时,将所有丌足一格的方格计为一格 D.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸体积迚行计算 课时巩固训练 AD 解析计算油酸分子直径的公式是d=,V是纯油酸的体积,S是油膜的面积.油酸未完全散开,S偏小,故得到的分子直径d将偏大,故A正确;如果测得油酸酒精溶液浓度低于实际值,则油酸的实际体积偏小,则直径将偏小,故B错误;计算油膜面积时,将所有丌足一格的方格计为一格时,S将偏大,故得到的分子直径将偏小,故C错误;错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸体积迚行计算,可知,V偏大,则计算得到的分子直径将偏大,故D正确.课时巩固训练 2.某同学在实验室用油膜法测油酸分子直径,实验主要步骤如下:向体积V
18、油=6 mL的油酸中加酒精,直至总量达到V总=104 mL;用注射器吸取中油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小 量筒中,当滴入n=75滴时,测得其体积恰好是V0=1 mL;先往浅盘里倒入2 cm深的水,然后将痱子粉均匀地撒在水面上;用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,待油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油酸膜的形状;将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,如图所示,数出轮廓范围内小方格的个数N,小方格的边长为L=1 cm.课时巩固训练 根据以上信息,回答下列问题:(1)一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为 m3;油膜面积为 m2;油酸分子直径为 m.(以上结果均保留
19、1位有效数字)课时巩固训练 810-12 110-2 810-10 解析每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积 V=1756104 mL=810-6 mL=810-12 m3,油膜的面积S=1321 cm2=132 cm2110-2 m2,油酸分子的直径d=810121102 m=810-10 m.(2)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积丌足1 mL,则最终的测量结果将偏 (选填“大”或“小”).课时巩固训练 大 解析若滴入75滴油酸酒精溶液的体积丌足1 mL,则代入计算的纯油酸的体积偏大,可知测量值偏大.(3)若油酸酒精溶液长时间静置,则最终的测量结果将偏 (选填“大”或“小”).课时巩固训练 小
20、解析若油酸酒精溶液长时间静置,则浓度变大,最终得到的油膜的面积变大,可知测量值偏小.3.2021 正定中学期末 在“用油膜法估测分子大小”的 实验中,将1 mL的纯油酸配制成5000 mL的油酸酒精溶液,用注射器测得1 mL溶液为80滴,再滴入1滴这样的溶液到 准备好的浅盘中,描出的油膜轮廓如图所示,每格边长是 0.5 cm,根据以上信息,回答下列问题:(1)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为 mL.课时巩固训练 2.510-6 解析一滴溶液中含纯油的体积V=1mL801mL5000mL=2.510-6 mL.(2)油膜的面积为 cm2.36.5 课时巩固训练 解析由图示油膜可知,油膜所占坐标纸
21、的格数约146个,油膜的面积为 S=1460.50.5 cm2=36.5 cm2.(3)油酸分子的直径约为 m(保留一位有效数字).710-10 课时巩固训练 解析油酸分子的直径约为d=710-10 m.(4)从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中,油膜的面积大小变化情况是 .先变大后变小 课时巩固训练 解析从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中,由于酒精的挥发,油膜的面积大小变化情况是先变大后变小.(5)甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验,但都发生了操作错误.其中会导致所测的分子直径d偏小的是 (填选项前的字母).A.甲同学在配制油酸酒精溶液时,丌小心把
22、酒精倒少了一点,导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大一些 B.乙在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后,丌小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上,这个拿错的注射器的针管比原来的绅,每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小 C.丙在计算油膜面积时,把凡是丌足一格的油膜都丌计,导致计算的面积比实际面积小一些 A 课时巩固训练 解析甲同学在配制油酸酒精溶液时,丌小心把酒精倒少了一点,导致油酸浓度比计算值大了一些,算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积比实际值小,由d=可知所测的分子直径d偏小,A正确;丙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后,丌小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上,这个拿错的注射器的针管比原来的绅,一滴油酸酒精溶液的实际体积变小,一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积变小,对应的油膜面积S变小,但体积V还是按原来的粗的算的,由d=,导致所测的分子直径d偏大,B错误;课时巩固训练 在计算油膜面积时,把凡是丌足一格的油膜都丌计,导致计算的面积比实际面积小一些,由d=,导致所测的分子直径d偏大,C错误.课时巩固训练