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1、学案学案 2 测量分子的大小测量分子的大小目标定位1.会用油膜法估测分子的大小.2.体会通过测量宏观量估算微观量的方法一、实验步骤1用注射器取出已稀释好的油酸，缓缓推动活塞，使其一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积 V1时的滴数 n，算出一滴稀释油酸的体积 V.再根据其中油酸的浓度V1n，算出一滴油酸中的纯油酸体积 VV.2在水平放置的浅盘中倒入约 2cm 深的水，然后将痱子粉(或石膏粉)均匀地撒在水面上，再用注射器将稀释好的油酸滴一滴在水面上3待油酸薄膜稳定后，将塑料盖板板平放到浅盘上，然后用彩笔将油膜的形状画在塑料盖板上4估算出油膜的面积 S(以塑料盖板上的正方形为单位，计算轮廓内的
2、正方形个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)5油膜的厚度 d 可看作油酸分子的直径，即 d .VS延伸思考1实验中为什么用油酸而不用其他液体？答案 油酸能在水面上形成单分子层油膜，油酸分子的一端对水有很强的亲和力，被水吸引在水中，另一端对水没有亲和力，便冒出水面，油酸分子都是直立在水面上的，单分子油膜的厚度等于油酸分子的长度若把分子当成小球，油膜的厚度也就等于分子的直径(如图所示)2实验中为什么用酒精对油酸进行稀释？答案 用酒精对油酸进行稀释是为了获取更小体积的纯油酸，这样更有利于油酸在水面上形成单分子油膜同时酒精易挥发，不影响测量结果3实验中为什么在水面上撒痱子粉？答案 撒痱子粉后，便于观
3、察所形成的油膜的轮廓二、注意事项1油酸稀释好后，不要长时间放置，以免改变浓度，影响实验2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，水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩4做完实验后，把水从盘的一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，然后用脱脂棉擦去，最后用水冲洗，以保持盘的清洁三、误差分析1稀释油酸的实际浓度和理论值间存在偏差；2一滴稀释油酸的实际体积和理论值间存在偏差；3油酸在水面上的实际分布情况和
4、理想中的“均匀” 、 “单分子纯油酸层”间存在偏差；4采用“互补法”(即不足半个的舍去，多于半个的算一个)计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差一、实验原理及步骤例 1 用油膜法估测油酸分子的大小，实验器材有：浓度为 0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度 0.1mL 的量筒、盛有适量清水的 45cm50cm 浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸(1)下面是实验步骤，请填写所缺的步骤 C.A用滴管将浓度为 0.05%油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入 1mL 油酸酒精溶液时的滴数 NB将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为 0.05%的油酸酒精溶液，从
5、低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数 nC_D将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，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，算出油酸薄膜的面积 Scm2(2)用已给的和测得的物理量表示单个油膜分子的直径大小为_cm.解析 (1)由步骤 D 可知，步骤 C 应该是：将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上(2)d mVS1 106 0.05% nNS 104n102mcm.0.05%NS0.05%nNS答案 (1)见解析 (2)0.05%nNS例 2 油膜法粗略测定分子直径的实验基础是( )A把油酸分
6、子视为球形，其直径即为油膜的厚度B让油酸在水面上充分散开，形成单分子油膜C油酸分子的直径等于滴到水面上的油酸酒精溶液的体积除以油膜的面积D油酸分子直径的数量级是 1015m解析 油酸在水面上形成单分子油膜，将油酸分子视为球形，其分子直径即为膜的厚度，它等于滴在水面上的纯油酸的体积除以油膜的面积，而酒精已溶于水或挥发，故 A、B 对，C错油酸分子直径的数量级为 1010m，故 D 错答案 AB二、实验数据处理例 3 在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为 104mL 溶液中有纯油酸 6mL.用注射器测得 1mL 上述溶液中有液滴 50 滴把 1 滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待油
7、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 1 所示，坐标纸中正方形小方格的边长为20mm.(1)油膜的面积是多少？图 1(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？(3)根据上述数据，估测出油酸分子的直径解析 (1)用互补法数出在油膜轮廓范围内的格子数(面积大于半个方格的算一个，不足半个的舍去)为 58 个，油膜面积约为 S58(0.02)2m22.32102m2.(2)因为 50 滴油酸酒精溶液的体积为 1mL，且能求出溶液中含纯油酸的浓度为 ，故每6104滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为 V0 6104mL1.21011m3.V
8、n150(3)把油膜的厚度视为油酸分子的直径，可估算出油酸分子的直径为Dm5.21010m.V0S1.2 10112.32 102答案 (1)2.32102m2 (2)1.21011m3(3)5.21010m针对训练 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 M0.283kgmol1，密度 0.895103kgm3.若 100 滴油酸的体积为1mL，则 1 滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多大？(取 NA6.021023mol1，球的体积 V 与直径 D 的关系为 V D3，结果保留两位有效数字)16答案 10m2解析 一个油酸分子的体积 V0，由球
9、的体积与直径的关系得分子直径 D，一MNA36MNA滴油酸的体积为106 m3108 m3，则面积 S，解得：S10 m2.1100108 m3D测量分子的大小Error!Error!1(实验原理及步骤)利用油膜法估测分子的大小，需要测量的物理量是( )A一滴油酸酒精溶液中纯油酸的质量和它的密度B一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和它的密度C一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和它散成油膜的最大面积D所形成油膜的厚度和它的密度答案 C解析 用油膜法估测分子直径时，所用的计算公式是 d ，式中 V、S 分别表示一滴油酸酒VS精溶液中纯油酸的体积和它散成单分子油膜的面积2(实验原理及步骤)为了减小“用油膜法
10、估测分子的大小”的误差，下列方法可行的是( )A用注射器取 1mL 配制好的油酸酒精溶液，共可滴 N 滴，则每滴中含有油酸mL1NB把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小一些C先在浅盘中撒些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液多滴几滴在水面上D用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成矩形答案 B解析 mL 是一滴油酸酒精溶液的体积，乘以其中油酸的浓度才是油酸的体积，A 项错；B1N项的做法是正确的；多滴几滴能够使测量形成油膜的油酸体积更精确些，但多滴以后会使油膜面积增大，可能使油膜这个不规则形状的一部分与浅盘的壁相接触，这样油膜就不是单分子油膜了，故 C 项错；D 项中的做法没有必要，并且牙
11、签上沾有油酸，会使油酸体积测量误差增大3(实验数据处理)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，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 2 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4106mL，则油酸分子的直径是_m.图 2答案 8103 51010解析 正方形小方格的个数约为 80 个，油膜的面积为：S80102 mm28103 m2油酸分子的直径为：d m51010 m.VS4 10128 1034(实验数据处理)将 1mL 的纯油酸配成 500mL 的油酸酒精溶液，待均匀溶解后，用滴管取 1mL 油酸酒
12、精溶液，让其自然滴出，共 200 滴，则每滴油酸酒精溶液的体积为_mL.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200cm2，则估算油酸分子的直径是_m.答案 0.005 51010解析 1mL 的纯油酸配成 500mL 的油酸酒精溶液，溶液的体积百分比浓度是，一滴溶液1500的体积是 V0.005mL，一滴溶液所含油酸的体积 V00.005mL1011m3，所以1mL2001500油酸分子的直径 dm51010m.V0S1011200 1041用油膜法估测分子的大小时，采用的理想化条件是( )A把在水面上尽可能充分散开的油膜视为单分子油膜B把形成单分子油膜的分子看作
13、紧密排列的球形分子C把油膜视为单分子油膜，但需考虑分子间隙D将单分子视为立方体模型答案 AB解析 由用油膜法估测分子的大小的实验可知，将体积为 V 的油酸滴在水面上，形成面积为 S 的油膜，由此可以估算出油酸分子的直径为 d ，这显然是将油膜视为单分子层，将油VS酸分子视为球形且认为分子是紧密排列的，公式 d 中，并没有将分子间隙所占体积除VS外所以，本题的正确选项应为 A、B.2用油膜法估测分子的大小的实验中，下列操作正确的是( )A将纯油酸直接滴在水面上B向量筒中滴 100 滴油酸酒精溶液，读出其体积C用试管向水面倒油酸溶液少许D计算油膜面积时，凡是占到方格的一部分的都计入方格的总数答案
14、B解析 油酸应先稀释成油酸酒精溶液，然后取一滴溶液滴在浅盘里，目的是形成单分子油膜，故 A、C 错误，B 对；计算油膜面积时应把占到方格一半以上的作为一个，少于半个的忽略，故 D 错3某同学在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，计算结果明显偏大，可能是由于( )A油酸未完全散开B油酸中含有大量的酒精C计算油膜面积时不足 1 格的全部按 1 格计算D求每滴溶液的体积时，1mL 的溶液的滴数多记了 10 滴答案 A解析 油酸分子直径 d .计算结果明显偏大，可能是 V 取大了或 S 取小了，油酸未完全散VS开，所测 S 偏小，d 偏大，A 正确；油酸中含有大量的酒精，不影响结果，B 错误；若计算油
15、膜面积时不足 1 格的全部按 1 格计算，使 S 变大，d 变小，C 错误；若求每滴溶液的体积时，1mL 的溶液的滴数多记了 10 滴，使 V 变小，d 变小，D 错误4将 1cm3的油酸溶于酒精，制成 200cm3的油酸酒精溶液，已知 1cm3溶液有 50 滴现取一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待稳定后油酸在水面上形成一单分子油膜层，已测出这一薄层的面积为 0.2cm2，由此可以估算出油酸分子的直径为( )A51010mB81010mC5108mD8108m答案 A解析 根据公式 d ，d106m51010m，可知 A 正确VS1200 50 0.25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 ，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 dMSB油滴分子直径 dmSC油滴所含分子数 NNAMmD油滴所含分子数 NNAmM答案 BD解析 用油膜法测分子
