1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 课件（18张PPT）

2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小
第一章　分子动理论
学习目标
1.知道用油膜法测定分子大小的思路.
2.通过实验估测分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用.
3.了解一般分子大小的数量级．
新课导入
分子十分微小。以水为例，一个直径为10~3 mm左右的水珠，它的大小与细菌差不多，用肉眼无法观察，就是在这样小的水珠里，分子的个数竟比地球上人口的总数还多上好几倍!那么，通过什么途径可以知道分子的大小呢?
一、实验思路
2．把油酸分子简化为球形处理，并认为它们紧密排布(如图)。测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径
1．油酸分子在水面上形成单分子油膜。
3.让油膜在水面上充分扩散，形成单层油酸分子组成的薄膜，此时油膜的厚度d 就是分子的直径，若事先量得油酸体积为V，油膜面积为S，则 d＝???????? .
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分子是球形的
单分子油膜
分子间没有空隙
三个假设
需要测量的物理量：V、S
水
油酸分子
d
二、物理量的测量
实验原理：
将一滴体积已知的小油滴，滴在水面上， 使其尽可能地散开形成一层极薄的油膜，此时油膜可看成单分子油膜，油膜的厚度看成是油酸分子的直径，所以只要再测定出这层油膜的面积，就可求出油酸分子直径的大小。
实验器材：
油酸、酒精、注射器、烧杯、浅盘、清水、带有坐标方格的玻璃板、彩笔、爽身粉。
实验步骤：
①取1 mL的油酸，用无水酒精按1∶200的体积比稀释，使油酸在酒精中充分溶解。
②用注射器或滴管将油酸酒精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，由此求出一滴油酸酒精溶液的平均体积。
③在盛水盘中装入约1 cm深的蒸馏水，为便于观测油膜的面积，可在水面上轻撒上一层爽身粉，在水盘中央滴一滴油酸酒精溶液，于是油酸在水面上迅速散开。到油膜面积不再扩大时，油酸在水面上形成单分子层油膜。
④待油酸薄膜形状稳定后，用一块透明胶片或玻璃板盖在盛水盘上，用彩笔描出油膜的轮廓图。
⑤将绘有油膜轮廓的胶片或玻璃板放在坐标纸上，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，然后计算出油膜的面积。
⑥根据油酸酒精溶液的浓度，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d＝????????。
数据分析
根据油酸酒精溶液的浓度，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d＝????????。
除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级10-10m，实验只要求估测大小，实验结果的数量符合要求即可。
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注意事项
① 实验前，必须把所有的实验用具擦洗干净，实验时吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大误差，影响实验结果。
② 油酸酒精溶液配置好后不要久置，以免浓度改变，给实验带来较大的误差。
③ 向水面滴油酸酒精溶液时，注射器应靠近水面，如果离水面太高，可能无法形成油膜。
④ 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：一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩。
⑤本实验只要求估算分子大小，实验结果的数量级符合要求即可。
⑥ 做完实验后，把水从盘的一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，然后用脱脂棉擦净，最后用水冲洗，以保持盘的清洁。
误差分析
(1)油酸酒精溶液配制后长时间放置，由于酒精的挥发会导致溶液的浓度改变，从而给实验带来较大的误差。
(2)测量油酸酒精溶液的体积时，没有使用正确的观察方法而产生误差。
(3)油酸的体积过大，或水面面积过小，不能形成单分子油膜。
(4)描绘油膜形状的画线误差。
(5)利用小正方形数计算油膜的面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。
(6)不考虑油酸分子的空隙，计算分子直径时的误差。
跟踪练习
1.(多选)关于“用油膜法估测分子大小”的实验，下列说法正确的是(　　)
A.单分子油膜的厚度被认为是油酸分子的直径
B.实验测量结果表明，分子直径的数量级是10-12 m
C.实验时先将爽身粉均匀撒在水面上，再把一滴油酸酒精溶液滴在水面上
D.处理数据时将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就算得油酸分子的直径
【解析】分子直径的数量级是10-10 m，故B选项错误；处理数据时是将纯油酸的体积除以油膜面积算得油酸分子的直径，故D选项错误。
【答案】AC
2. 在“用油膜法估测分子的大小”的实验时，用注射器将一滴油酸酒精溶液滴入盛水的浅盘里，把玻璃板放在浅盘上并描画出油酸膜的轮廓，如图所示.图中正方形小方格的边长为1 cm，若一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是7×10－6 mL，则油酸分子的直径是(　　)m(计算结果保留1位有效数字)．
A. 4×10－10　 B.5×10－10　 　
C.6×10－10 　 D.7×10－10
【解析】面积超过小正方形一半的正方形的个数为116个，则油酸膜的面积约为
S＝116×10－4 m2＝1.16×10－2 m2；油酸分子直径d＝????????＝7×10?6×10?61.16×10?2 m≈6×10－10 m.故选C。
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3. 在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，某小组发现测得的分子直径数据比其他组大很多，可能的原因是(　　)
A.计算油膜面积时，只计算了完整方格的数目
B.水面上痱子粉撒得过多，导致油膜没能充分展开
C.将油酸酒精溶液的体积直接当作油酸的体积进行计算
D.测量每滴油酸酒精溶液体积时，将29滴溶液错数成30滴
【解析】计算油膜面积时，只计算了完整方格的数目，导致S偏小，根据d=????????可知，测量值偏大，故A正确；水面上痱子粉撒得较多，油膜没有充分展开，则测量的面积S偏小，导致计算结果偏大，故B正确；计算时把油酸酒精溶液当成了纯油酸，体积偏大，则d偏大，故C正确；测量每滴油酸酒精溶液体积时，将29滴溶液错数成30滴，计算代入纯油酸体积将偏小，测量直径偏小，故D错误。
【答案】ABC
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4. 测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微镜法。
(1)在“用油膜法估测分子大小”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，再加入酒精后得到250 mL的溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度，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下2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，如图所示。坐标格的正方形大小为2 cm×2 cm。由图可以估算出油膜的面积是　　　　　　 cm2(保留2位有效数字)，由此估算出油酸分子的直径是　　　 m(保留1位有效数字)。
(2)如图所示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1.43×10-8 m的圆周而组成的。由此可以估算出铁原子的直径约为　　　　 m。(保留2位有效数字)?
【解析】(1)数油膜的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，估算出油膜的面积S=格数(65)×2cm×2cm = 260cm2 = 2.6×102cm2。
溶液体积浓度为 11000，
每滴溶液体积为1100? mL，
2滴溶液中所含油酸体积V = 2×10-5cm3，
油膜厚度即油酸分子的直径 d = ???????? = 8×10-10m。
(2)直径为1.43×10-8m的圆周周长为 πd = 4.5×10-8m，
可以估算出铁原子的直径约为4.5×10?848m = 9.4×10-10m。
【答案】(1)2.6×102　8×10-10　(2)9.4×10-10
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THANKS
谢谢聆听