《2017-2018学年高中物理 第1章 分子动理论 实验 用油膜法测分子直径教学案 鲁科版选修3-3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中物理 第1章 分子动理论 实验 用油膜法测分子直径教学案 鲁科版选修3-3（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验 用油膜法测分子直径一、实验目的(1)估测油酸分子的大小。(2)学会间接测量微观量的原理和方法。二、实验原理把事先测出的一定体积V的油酸滴在水面上形成单分子油膜，不考虑分子间的间隙，把油酸分子看成球体模型，油膜的厚度就等于油酸分子的直径，把油膜的轮廓画在玻璃板上，通过坐标纸求得单分子油膜的面积S，利用公式d即可求出分子直径d。三、实验器材酒精油酸溶液、浅水盘、注射器(或胶头滴管)、坐标纸、玻璃板、痱子粉、量筒、彩笔。四、实验步骤(1)配制酒精油酸溶液。体积比已知。(2)用注射器或滴管将酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一定体积(如1 mL)时的滴数N，由此求出一滴酒精油酸溶液
2、的平均体积。(3)向浅水盘中倒入清水，在水面上轻轻而均匀地撒一层痱子粉，在水面上用滴管滴一滴酒精油酸溶液。当油层不再扩散，形状稳定时，就近似形成了单分子油膜。(4)将玻璃板盖在浅水盘上，用彩笔将油膜的形状描绘在玻璃板上。(5)将描有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，数出轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)。(6)根据酒精油酸溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，根据油酸的体积V和油膜的面积S算出油酸分子的直径。五、数据处理计算方法：(1)一滴油酸溶液的平均体积(2)一滴溶液中含纯油酸的体积VV油酸溶液的
3、体积比(体积比)(3)油膜的面积Sn1 cm2(n为有效格数，小方格的边长为1 cm)(4)分子直径d(代入数据时注意统一单位)六、误差分析产生原因减小方法偶然误差数不完整格数时，对不足半个的判断存在误差数出全部不完整的格数n，它们相当于有个完整的格数系统误差油酸分子(C17H33COOH)的形状为长链形，将其视为球体则与实际分子形体有区别，所以实验只能得到分子直径的数量级，而不能得到准确值七、注意事项(1)酒精油酸溶液配制好后，不要长时间放置，以免浓度改变，产生误差。酒精油酸溶液的浓度以小于为宜。(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
4、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，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。这样做比将粉直接撒在水面上的效果好。(6)本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。对实验步骤和原理的考查典题例析1在“用油膜法测量油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：往边长约为40 cm
5、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酒精油酸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酒精油酸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，由此计算出一滴酒精油酸溶液的体积。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的酒精油酸溶液；测得1 cm3的酒精油酸溶液有50滴。现取
6、一滴该酒精油酸溶液滴在水面上，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为_m(结果保留1位有效数字)。思路点拨(1)一滴酒精油酸溶液的体积是如何计算的？提示：一般是先数出1 mL酒精油酸溶液有多少滴，再计算出1滴的体积。(2)如何计算一滴酒精油酸溶液中含有的纯油酸的体积？提示：根据一滴酒精油酸溶液的体积和含有的油酸的浓度就可以计算出一滴油酸溶液中含有的纯油酸的体积。解析：(1)实验操作开始之前要先配制酒精油酸溶液，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
7、直径)，所以接下来的步骤是。(2)酒精油酸溶液的体积百分比浓度是，一滴溶液的体积是 cm32108m3，所以分子直径d m51010 m。答案：(1)(2)51010对实验数据处理的考查典题例析2在“用油膜法估测分子大小”的实验中，酒精油酸溶液的浓度为104 mL溶液中有纯油酸6 mL。用注射器测得1 mL上述溶液有75滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘中，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，描出油酸膜形状如图实1所示，坐标纸上正方形小方格的边长为2 cm。问：图实1(1)油酸膜的面积是多少？(2)每一滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积是多少？(3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径是多少？(结果保留
8、两位有效数字)思路点拨根据酒精油酸溶液的浓度，算出每滴溶液中含有的纯油酸体积V，再根据d估算油酸分子的直径。在本实验中，根据油膜所占方格数(面积大于半个方格算一个，不足半格舍去)算出油膜的面积S。解析：(1)用填补法数出在油膜轮廓内的格数为60个，油膜面积约为S60(2102 m)22.4102 m2。(2)溶液中含纯油酸的浓度为c100%0.06%，已知75滴酒精油酸溶液体积为1 mL，则每滴酒精油酸溶液中含纯油酸的体积V0c0.06%106 m381012 m3。(3)油酸分子的直径等于油酸薄膜的厚度，则油酸分子的直径d m3.31010 m。答案：(1)2.4102 m2(2)81012
9、 m3(3)3.31010 m1用油膜法测分子大小时要满足的理想化的条件是()A把在水面上没有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紧密排列的球形分子C将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解析：选B用油膜法测分子大小的理想化条件是：单分子油膜、把分子看作紧密排列的球形分子。故B正确。2在做“用油膜法测量油酸分子的大小”的实验中，准备有以下器材：用酒精稀释过的油酸、滴管、痱子粉、浅盘及水、玻璃板、彩笔，还缺少的器材有()A只有量筒B只有坐标纸C量筒和坐标纸 D不再缺仪器解析：选C由本实验的实验原理和实验操作步骤可知，C项正确。3用油膜法估测分子的直径的实验
10、中，下列操作正确的有()A将纯油酸直接滴在水面上B向量筒中滴100滴酒精油酸溶液，读出其体积C用试管向水面倒油酸溶液少许D在计算油膜面积时，凡是占到方格的一部分的都计入方格的总数解析：选B油酸应先稀释成酒精油酸溶液，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，B对；计算油膜面积时应数占到方格一半以上为一个，少于半个忽略不计，故D错。4在“用单分子油膜估测分子大小”实验中，(1)某同学操作步骤如下：取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液；在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；在蒸发皿内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；在蒸发皿上覆盖透明玻璃，描出油
11、膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积。改正其中的错误：_。(2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为4.8103 mL，其形成的油膜面积为40 cm2，则估测出油酸分子的直径为_m。解析：(1)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。液面上不撒痱子粉时，滴入的油酸酒精溶液在酒精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)由油膜的体积等于一滴油酸酒精溶液内纯油酸的体积可得：d m1.2109 m。答案：(1)在量筒中滴入N滴溶液在水面上先撒上痱子粉(2)1.2109 5(江苏高考)某同学在进行“用油
12、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 kgmol1，密度 0.895103 kgm3。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 NA 6.021023 mol1，球的体积V 与直径 D的关系为 VD3，结果保留一位有效数字)解析：一个油酸分子的体积V由球的体积与直径的关系得分子直径D 最大面积S，解得S1101 m2。答案：1101 m26利用油膜法可以粗略测出阿伏伽德罗常数，把密度0.8103 kg/m3的某种油，用滴管滴出一滴在水面上形成油膜，已知这滴油的体积为V0.5103 cm3，形成的油膜面积为S0.7 m2，油的摩尔质量M0.09 kg/mol。若把油膜看成单分子层，每个油分子看成球形，那么：(保留一位有效数字)(1)油分子的直径是多少？(2)由以上数据可粗略测出阿伏伽德罗常数NA是多少？解析：(1)油分子的直径为d m71010 m。(2)根据()3，得NA61023 mol1。答案：(1)71010 m(2)61023 mol11
