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1、精品文档实验九：用油膜法估测分子直径【实验播放】1、实验目的：(1) 知道本实验的原理及所需的器材，了解实验注意的事项。(2)会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积。(3)会计算分子的大小，处理好实验数据。(4)领会本实验方法构思的特点，理解间接测量微观量的思想。2、实验原理：油酸分子的一端具有亲水性，另一端具有憎水性，当把酒精稀释过的油酸滴在水面 上时，油酸便在水面上散开，其中酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成有自由边界 的一层纯油酸薄膜，形成单分子油膜。如果将油酸看作是球状模型，测出一定体积的油 酸溶液在水面上形成的油膜面积，计算出油膜的厚度，这个厚度就等于分子的直径。3
2、、实验器材盛水的容器，在溶液刻度并能使油滴溶液一滴一滴下落和滴管或注射器，一个量筒，按一定的比例(一般为1:200)稀释了的油酸溶液， 带有坐标方格的透明有机玻璃盖板 (面 积略大小容器的上表面积)，少量郁子粉或石膏粉，彩笔。4、实验步骤(1) 用注射器或滴管将一定容积的油酸溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积的滴数，求出一滴油酸溶液中所含纯油酸的体积V。(2) 向容器中倒入约2cm深的水，将郁子粉均匀地撒在水面上。(3) 小心地将一滴油酸溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜。(4) 轻轻地将有机玻璃盖板放到容器上，用彩笔将油酸膜的形状画在玻璃板上。(5)利用坐标方格计算出
3、油膜的面积S,再根据一滴溶液中纯油酸的体积和油膜的面积求出油膜的厚度 D = V,即为所测分子和直径。S5、数据处理(1)计算分子直径时，注意加的不是纯油酸，而是酒精油酸溶液，在利用公式d=V计S算时，式中的 V不是溶液的体积.而应该进行换算，计算出 1滴酒精油酸溶液中纯油酸的体积，方法是：设 n滴酒精油酸溶液是1mL则每1滴的酒纯油酸溶液的体积是 -mLn111事先知道配制溶液的比例是 ；，则1滴溶液中的纯油酸体积 V=- 喜mL。式中的S是滴入水中后，纯油酸形成的油膜，其面积用数坐标纸上对应的格数来计算，以1cm为边长的坐标纸上占了多少个格，其面积就是多少平方厘米，数格时，不足半个格的舍去
4、，多于半格的算1个格.这样就可粗略地计算出油酸分子的直径.6、注意事项(1)郁子粉不要撒得太多，只要能够帮助看清油膜边界即可。(2)滴入油酸溶液时，一定要细心，不要一下滴得太多，使油膜的面积过大。(3)待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓.扩散后又收缩有两个原因：第一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复；第二是酒精挥发后液面收缩.(4)利用坐标求油膜面积时，以边长 1cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数时，不足一个的均算半个。(5)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧面会残留油酸，用少量酒精清洗， 并用脱脂棉擦去再用清水冲洗.这样可保持盘的清洁.7、误差分析(1)由于我们是采用间接测
5、量的方式测量分子的直径，实验室中配制的酒精溶液的浓度、油酸在水面展开的程度、油酸面积的计算都直接影响测量的准确程度。(2)虽然分子直径的数量级应在10-100!但中学阶段，对于本实验只要能测出油酸分9子直线的数量级在 10 m上即可认为是成功的。【试题解析】TT I riTTTETTlT例1 在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL用注射器测得1mL上述溶液75滴.把1滴该溶液 滴人盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘 上，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图1所示.坐标中正方形方格的边长为1cm,
6、试求：(1) 油酸膜的面积是多少 cm2 ?(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积？(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径.解析(1)由图形状，其中正方形方格87个，用补偿法近似处理，可补19个整小方格.实际占小方格 87+19=106,那么油膜面积 S=106X1 cm2=106 cm2.(2)由1mL溶液中有75滴，1滴溶液的体积 ml,又每104mL溶液中有纯油酸 6mL75LmL溶液中纯油酸的体积 75V=-6 x mL=8X 10-6ml_10475#欢迎下载(3)油酸分子直径 D= V =7.5 X10-1mb S例2 在用油膜法估测分子的大小实验中，已知一滴溶液中油酸的体积为
7、V,配制的油酸溶液中，纯油酸与溶液体积之比为1: 500, 1mL溶液油酸25滴，那么1滴溶液的体积是 mL，所以一滴溶液中油酸体积为cm 3,若实验中测得结果如下表所示，请根据所给数据填写出空白处的数值，并与公认的油酸分子长度值Lo=1.12 x 10-10m做比较，并判断此实验是否符合数量级的要求.次数S(cm2)L=V (10 -7cm) SL的平均值1533249335631解析由题给条件得，1滴溶放的体积 V=，mL,由题意可知：1滴溶放中油酸体积251 x cm3=8 x 10-5 cm3.50025据此算得3次测得L的结果分别为1.50 x 10-7cm. 1.62 X 10-7
8、cm、1.42 x 10-7cm,其平均值 L=-L1一L2一L3- =1.51 X 10-7 cm =1.51 x 10-1m,这与公认值的数量级相吻合，故本 3次估测数值符合数量级的要求.【实验拓展】1 .学科间综合例3 油酸分子式是 C7H33COOH其中 对水有很强的亲和力，故当它滴入水中时，油酸分子能 在水中，形成一个 油膜.解析 油酸的化学分子式是 G7H3COOH它的一个分子可以设想为两部分组成：一部分是C17H33-,它不受水的吸引；另一部分是 -COOH它对水有很强的亲合力.经过酒精稀释的油酸滴在水面上形成近似圆形的油膜，酒精溶于水并挥发后，在水面上形成一层单分子纯油酸层，其
9、中C17H33-冒出水面，而-COO陪B分在水中.如图 2所示，估算油酸分子的最大长度只需求出这层油膜 的厚度即可.2 .分子间距离的计算例4 如图3所示，食盐（NaCl）的晶体是由钠离子（图中。） 和氯离子（图中）组成的.这两种离子在空间中三个互相垂直的 方向上，都是等距离地交错排列的.已知食盐的摩尔质量是58.5g/mol,食盐的密度是 2.2g/cm 3.阿伏伽德罗常数为6.0 X1023mol-1.在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离的 数值最接近于（就下面四个数值相比）.A.3.0 x 10-8cmB.3.5 x 10-8cmC.4.0 x 10-8cmD.5.0 x 10-
10、8cm解析由题意可知，每立方厘米所含食盐的摩尔数为a=N2mol/cm3,其所包含的58.5分子数为n=_22 X6.0 x 1023=2.26 X 1022个/cm3,则所含离子数为2n,则每个离子所占有 58.5的体积为 V=一1一 X 10-2%川=2.2 x 10-23 cm3,将离子视为立方体，则两个距离最近的钠2 2.26离子中心间的距离为其立方体的边长的江倍，即d= 31V； =3.9 x 10-8crni,即答案C正确。【考点训练】1 .如何利用注射器较准确地测出1 mL油酸溶液的体积？2 .在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，准备以下器材：酒精稀释过的油酸、 滴管、那子粉、
11、浅盘及水、玻璃板，还缺少的器材有（）A.彩笔B.量筒C.方格坐标纸D.深水槽3 .在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，关于油膜面积的测量方法，下列做法 中正确的是 （）A .油酸酒精溶液滴入水中后，应立即用刻度尺去量油膜的面积B .油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能地散开，再用刻度尺去量油膜的面积C .油酸酒精溶液滴入水中后，应立即将油膜的轮廊画在玻璃板上，再利用坐标纸去 计算油膜的面积.D .油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能散开， 再把油膜的轮廓画在玻璃板上，然后用坐标纸去计算油膜的面积.4 .在做“用油膜法测分子大小”的实验中，为什么要待容器中的水稳定后才进行测 量？若油酸分子
12、直径的数量级为10-10日某同学的测量结果大于这个数量级，试分析可能的原因.5 .下列关于“用油膜法估测分子的大小”说法中，错误的是（）A.油膜法可以非常准确地将油膜分子的直径测量出来B.油膜法只能估测出分子直径的数量级C.为了使测量更准确些，应该保持容器的清洁，在实验过程中注意浅盘的稳定性D.实验的误差主要出在数出1 mL溶液可以滴多少滴以及一滴溶液中含有多少体积纯油酸的计算上，为准确起见，应在实验前加强练习，多测几次取平均值6 .在计算一滴稀释油酸的体积时，要数出1mL溶液中可以滴n滴，从而计算出一滴溶液中含有 mL的纯油酸.（每1 mL溶液含L mL纯油酸）7 .对于油酸分子竖立在水面上
13、，下列说法正确的是（）A.油酸分子可分为两个部分，其中-COOHX寸水有很强的亲和力，故能使油酸分子竖立漂在水面上，形成单分子油膜层8 .油酸分子可分为两个部分，其中。7伟3-对水有很强的亲和力，故能使油膜分子竖立在水中，形成单分子油膜层C.油膜分子竖立水中时，油膜分子两个部分中的-COOhg在水里，C7H3-露出水面D.油膜分子竖立水中时，它两个部分中的-COOH露出水面而C7H3-留在水中9 .粗测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：取油酸1.00mL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，形成油酸的酒精溶液.用滴管吸
14、取制得的溶液逐滴滴人量筒，记录滴人的滴数直到量筒达到1.00mL为止，恰好共滴了 100滴.在水盘内注入蒸储水，静置后滴管吸取油酸的酒精溶液，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，形成一油膜.测得此油膜面积为 3.60 x 102cm2.(1)这种粗测方法是将每个分子视为 ,让油酸尽可能地在水面上散开, 则形成的油膜面积可视为 ,这层油膜的厚度可视为油分子的 。(2) 利用数据可求得油酸分子的直径为m .9 .下面哪些措施可以减小“用油膜法估测分子的大小”的实验的误差().A .装在浅盘中的水用蒸储水D .向水中滴油酸酒精溶液液滴时，只要注射器针尖离水面近一些就可以，没
15、有其他 要求C .在描绘油膜形状时，透明盖板要离水面近些D .在油膜稳定后再描绘油膜的形状10 .在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，油酸酒 精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6 mL用注射器测得 1 mL上述溶液中有液滴 50滴.把1滴该溶液滴入盛水的浅盘 里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上， 在玻璃板上描出油 膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图4所示,坐标纸中正方形小方格的边长为20 mm.求：(1) 油酸膜的面积；(2) 每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积;(3) 根据上述数据，估测出油酸分子的直径.【答案与提示】1 .在将注射器中注满油酸溶液后，应首先使针头朝上，把气泡排出，再使注射器针头竖 直朝下.一般来说用手下推活塞很难保证活塞匀速运动，易造成油滴大小不一，而拔出 活塞，让油酸溶液在重力作用下自由滴下效果较好.2 . A
