《2012高二物理课件 7.1 物体是由大量分子组成的 (人教版选修3-3)》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2012高二物理课件 7.1 物体是由大量分子组成的 (人教版选修3-3)(53页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、 1.实验目的:用油膜法估测分子的大小. 2.实验原理 把一定体积的油酸滴在水面上使其形成单分子油膜,如图所 示,不考虑分子间的间隙,把油酸分子看成球形模型,计算出 1滴油酸中含有纯油酸的体积V并测出油膜面积S,通过计算求 出油膜的厚度d,即 就是油酸分子的直径. 3.实验器材 油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅水盘、玻璃板、坐标 纸、彩笔、痱子粉或细石膏粉. 4.实验步骤 (1)在浅盘中倒入约2 cm深的水,将痱子粉或细石膏粉均匀撒 在水面上. (2)取1毫升(1 cm3)的油酸溶于酒精中,制成200毫升的油酸酒 精溶液. (3)用注射器往量筒中滴入1 mL配制好的油酸酒精溶液(浓度已 知)
2、,记下滴入的滴数n,算出一滴油酸酒精溶液的体积 . (4)将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上. (5)待油酸薄膜形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔画 出油酸薄膜的形状. (6)将玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积S或者玻璃板 上有边长为1 cm的方格的个数,通过数方格个数,算出油酸薄 膜的面积S.计算方格数时,不足半个的舍去,多于半个的算一 个. (7)根据已配制好的油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯 油酸的体积V. (8)计算油酸薄膜的厚度 ,即为油酸分子的大小. 5.注意事项 (1)油酸酒精溶液配制好后,不要长时间放置,以免造成溶液 浓度改变,产生误差.油酸酒精溶液的浓度以小于0
3、.001为宜. (2)实验之前应练习好滴定方法,注射器针头高出水面的高度 应在1 cm之内. (3)待测油酸液面扩散后又收缩,要在稳定后再画轮廓.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. (4)当重做实验时,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,并用脱脂棉擦拭,再用清水冲洗 ,这样做可保持盘的清洁. (5)从盘的中央加痱子粉或细石膏粉,粉自动扩散至均匀,这 是由于以下两种因素所致:第一,加粉后水的表面张力系数变 小,水将粉粒拉开;第二,粉粒之间的排斥.这样做比将粉撒 在水面上的效果好. (6)本实验只要求估算分子的大
4、小,实验结果的数量级符合要 求即可. 6.数据处理 计算方法: (1)一滴油酸溶液的平均体积 (2)一滴油酸溶液中含纯油酸的体积 V= 油酸溶液的体积比 (3)油膜的面积S=n1 cm2(n为有效格数,小方格的边长为 1 cm) (4)分子直径 (代入数据时注意单位的统一) 简化处理是在一定场合、一定条件下,突出客观 事物的某种主要因素、忽略次要因素而建立的.将分子简化成 球形,并且紧密排列,有利于主要问题的解决. 【典例1】(2011大纲版全国卷)在“油膜法估测油酸分子的大 小”实验中,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
5、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,待薄 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. 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
6、形成的油膜的面积是0.13 m2.由此估算出油酸 分子的直径为_m.(结果保留1位有效数字) 【解题指导】 【标准解答】(1)实验操作开始之前要先配制油酸酒精溶液, 确定每一滴溶液中含有纯油酸的体积,所以步骤放在首位. 实验操作时要在浅盘放水、痱子粉,为油膜形成创造条件, 然后是滴入油酸、测量油膜面积,计算油膜厚度(即油酸分子 直径),所以接下来的步骤是. (2)油酸溶液的体积百分比浓度是 一滴溶液的体积是 cm3=210-8 m3,所以分子直径 答案:(1) (2)510-10 【规律方法】 油膜法估测分子大小的解题技巧 (1)首先要准确计算出纯油酸的体积V. (2)其次计算出油膜的面积S.
7、 (3)最后利用公式 求出的数值就是分子直径的大小. 【变式训练】(2011江苏高考)某同学在进行“用油膜法估测 分子的大小”的实验前,查阅数据手册得知:油酸的摩尔质量 M0.283 kgmol-1,密度=0.895103 kgm-3.若100滴油 酸的体积为1 mL,则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约 是多少?(取NA6.021023 mol-1,球的体积V与直径D的关系 为 结果保留一位有效数字) 【解析】一个油酸分子的体积 分子直径为 最大面积 代入数据得:S=10 m2. 答案: 10 m2 【变式备选】油膜法粗略测定分子直径的实验基础是 ( ) A.把油酸分子视为球形,其直径即为
8、油膜的厚度 B.让油酸在水面上充分散开,形成单分子油膜 C.油滴扩散为油膜时体积不变 D.油酸分子直径的数量级是10-10 m 【解析】选A、B、C.油酸分子可视为球形,油膜的厚度可看 成分子直径,油酸分子可看成一个挨一个排列,油滴扩散为 油膜时体积不变,即V=Sd.D项本身是正确的,但此项不是本 实验的基础,故不选D项. 1.桥梁和纽带作用 阿伏加德罗常数是宏观世界和微观世界之间的一座桥梁.它把 摩尔质量Mmol、摩尔体积Vmol、物质的质量m、物质的体积V、 物质的密度等宏观量,跟单个分子的质量m0、单个分子的 体积V0等微观量联系起来.下图将这种关系呈现得淋漓尽致. 其中密度 但要切记
9、是没有物理意义的. 2.重要的关系式 (1)分子的质量: (2)分子的体积: (适用于固体和液体). (3)单位质量中所含有的分子数: (4)单位体积中所含有的分子数: (5)气体分子间的平均距离: (V0为气体分子所占 据空间的体积). (6)固体、液体分子直径 (1)固体、液体分子可视为球形,分子间紧密排 列可忽略间隙. (2)可以近似认为气体分子是均匀分布的,每个气体分子占据 一个正方体,其边长即为气体分子间的距离. 【典例2】(2010江苏高考)已知潜水员在岸上和海底吸入空 气的密度分别为1.3 kg/m3和2.1 kg/m3,空气的摩尔质量为 0.029 kg/mol,阿伏加德罗常数
10、NA=6.021023 mol-1.若潜水 员呼吸一次吸入2 L空气,试估算潜水员在海底比在岸上每呼 吸一次多吸入空气的分子数.(结果保留一位有效数字). 【解题指导】解答本题时可按以下思路进行: 【标准解答】设空气的摩尔质量为M,在海底和岸上的密度分 别为海和岸,一次吸入空气的体积为V,在海底吸入的分 子数 在岸上吸入的分子数 则有 代入数据得N=31022. 【规律方法】 (1)求气体分子数的方法 计算气体分子数一定要先计算物质的量. 气体的分子数等于物质的量乘以阿伏加德罗常数. (2)求物质的量的方法 利用物质的量等于质量除以摩尔质量. 利用物质的量等于标准状况下体积除以标准状况下的摩尔
11、 体积. 【变式训练】试估算在标准状态下空气分子的平均距离.(取 标准状态下气体的摩尔体积22.410-3 m3/mol) 【解析】此题关键是建立气体分 子的立方体模型,将分子看做是 一个质点,并处在规则且均匀分 布的正方体中心,小正方体的体 积是分子平均占据空间的大小, 如图所示,设L为小正方体的边长,d为分子间距,若取1 mol 标准状态下的氢气,则: 答案:3.310-9 m 【典例】(2011西城高二检测)假如全世界60亿人同时数1 g水 的分子个数,每人每小时可以数5 000个,不间断地数,则完成 任务所需时间最接近(阿伏加德罗常数NA取61023 mol-1)( ) A.10年 B
12、.1千年 C.10万年 D.1千万年 【解题指导】解答本题应该把握以下三点: (1)利用阿伏加德罗常数计算出1 g水的分子个数. (2)求出数完分子数所用的时间,用小时表示. (3)把时间单位由小时转化为年. 【标准解答】选C.1 g水所包含的分子个数: 60亿人每小时可以数的分子数: 不间断数完所用的时间 故所需时间最接近10万年. 一、选择题 1.已知某气体的摩尔体积为22.4 L/mol,摩尔质量为18 g/mol, 阿伏加德罗常数为6.021023 mol-1,由以上数据可以估算出这 种气体( ) A.每个分子的质量 B.每个分子的体积 C.每个分子占据的空间 D.分子之间的平均距离
13、【解析】选A、C、D.实际上气体分子之间的距离远比分子本 身的线度大得多,即气体分子之间有很大空隙,故不能根据 计算分子体积,这样算得的应是该气体每个分子所 占据的空间,故C正确;可认为每个分子平均占据了一个小立 方体空间, 即为相邻分子之间的平均距离,D正确;每个分 子的质量显然可由 估算,A正确. 2.关于分子,下列说法中正确的是( ) A.分子是球形的,就像我们平时用的乒乓球有弹性,只不过分 子非常非常小 B.所有分子的直径都相同 C.不同分子的直径一般不同,但数量级基本一致 D.测定分子大小的方法只有油膜法一种方法 【解析】选C.分子的形状非常复杂,为了研究和学习的方便, 把分子简化为
14、球形,实际上其不是真正的球形,故A项错误.不 同分子的直径一般不同,但数量级基本一致,为10-10 m,故B错 ,C对.油膜法只是测定分子大小的一种方法,还有其他方法, 如扫描隧道显微镜观察法等,故D项错误. 3.下列说法中正确的是( ) A.物体是由大量分子组成的 B.无论是无机物质的分子,还是有机物质的大分子,其分子大 小的数量级都是10-10 m C.本节中所说的“分子”,只包含化学中的分子,不包括原子 和离子 D.分子的质量是很小的,其数量级为10-10 kg 【解析】选A.物体是由大量分子组成的,故A项正确.一些有机 物质的大分子大小的数量级超过10-10 m,故B项错误.本节中把
15、化学中的分子、原子、离子统称为分子,故C项错误.分子质量 的数量级一般为10-26 kg,故D项错误. 4.(2011深圳高二检测)在用油膜法估测分子直径大小的实验 中,若已知油滴的摩尔质量为M,密度为,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 B.油滴分子直径 C.油滴所含分子数 D.油滴所含分子数 【解析】选B、D.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 油滴分子直径为 选项B对,A错;油滴的物 质的量为 油滴所含分子数为 选项D对,C错. 5.从下列哪一组数据可以算出阿伏加德罗常数( ) A.水的密度和水的摩尔质量 B.水的摩尔质量和水分子的体积 C.水分子的体积和水分子的质量 D.水分子的质量和水的摩尔质量 【解析】选D.阿伏加德罗常数是联系宏观世界和微观世界的桥 梁,有两个主要公式求阿伏加德罗常数,分别为: 和 对应可得D项正确,A、B、C均不能求出NA. 6.最近发现的纳米材料具有很多优越性能,有着广阔的应用前 景.在材料科学中纳米技术的应用日新月异,在1