2.实验:用油膜法估测油酸分子的大小
课后训练 巩固提升
基础巩固
1.为了减小用油膜法估测油酸分子的大小的实验误差,下列方法可行的是( )
A.用注射器取1 mL配制好的油酸酒精溶液,共可滴N滴,则每滴中含有油酸 mL
B.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.先在浅盘中撒些爽身粉,再用注射器在水面上多滴几滴油酸酒精溶液
D.实验时先将一滴油酸酒精溶液滴入水中,再把爽身粉撒在水面上
答案：B
解析： mL是一滴油酸酒精溶液的体积,乘以油酸的体积分数才是油酸的体积,A错误。B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错误。为了使油酸分子紧密排列,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错误。
2.某种油剂的密度为8×102 kg/m3,取这种油剂0.8 g滴在水面上,最后形成油膜的最大面积约为( )
A.10-10 m2
B.104 m2
C.1010 cm2
D.104 cm2
答案：B
解析：由d=,得S= m2=104 m2。
3.(多选)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ρ,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,那么( )
A.油滴分子直径d=
B.油滴分子直径d=
C.油滴所含分子数N=NA
D.油滴所含分子数N=NA
答案：BD
解析：在用油膜法估测分子的大小的实验中,认为油膜的厚度为分子直径,油滴的质量为m,密度为ρ,油滴在水面上扩散后的最大面积为S,则油滴的体积为V=,油滴分子直径为d=,选项B正确,A错误。油滴的物质的量为,油滴所含分子数为N=NA,选项D正确,C错误。
4.在用油膜法估测分子的大小实验中,若油酸酒精溶液体积分数为0.10%,一滴溶液的体积为4.8×10-3 mL,其形成的油膜面积为0.01 m2,则估测出油酸分子的直径为 m。
答案：4.8×10-10
解析：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= m=4.8×10-10 m。
能力提升
1.在用油膜法估测分子的大小的实验中,以下给出的是可能的操作步骤,把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写在横线上 ,并补充实验步骤D的计算式。
A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,以坐标纸上边长1 cm的正方形为单位,计算出轮廓内正方形的个数n。
B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形状稳定。
C.用浅盘装入约2 cm深的水,然后将爽身粉均匀地撒在水面上。
D.用测量的物理量估算出油酸分子的直径d= 。
E.用滴管将事先配好的体积分数为0.05%的油酸酒精溶液逐滴滴入量筒,记下滴入的溶液体积V0与滴数N。
F.将玻璃板平放在浅盘上,用彩笔将薄膜的外围形状描画在玻璃板上。
答案：ECBFAD m-2
解析：根据实验步骤可知合理的顺序为ECBFAD。
一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为×0.05%,S=n×10-4 m2
所以分子的直径d=×0.05%= m-2。
2.在用油膜法估测分子的大小的实验中。
(1)某同学操作步骤如下:
①用0.5 mL的油酸配制了1 000 mL的油酸酒精溶液;
②用注射器和量筒测得50滴油酸酒精溶液体积为1 mL;
③在浅盘内盛适量的水,将痱子粉均匀地撒在水面上,滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;
④在浅盘上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积为160 cm2。
则可估算出油酸分子的直径大小d= m。(结果保留一位有效数字)
(2)若该同学在计算注射器滴出的一滴油酸酒精溶液体积后,不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上,拿错的注射器的针管比原来的粗,这会导致实验测得的油酸分子直径
__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)若已知纯油酸的密度为ρ,摩尔质量为M,在测出油酸分子直径为d后,还可以继续测出阿伏加德罗常数NA= (用题中给出的物理量符号表示)。
答案：(1)6×10-10 (2)偏小 (3)
解析：(1)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
V= mL=1×10-5 mL,把油酸分子看成球形,且不考虑分子间的空隙,则油酸分子直径为d= m=6×10-10 m。
(2)因为拿错的注射器的针管比原来的粗,则每滴油酸酒精溶液的体积较大,含油酸较多,在水平上形成油膜的面积较大,根据d=可知这会导致实验测得的油酸分子直径偏小。
(3)每个油酸分子的体积V0=πd3,
则阿伏加德罗常数NA=。(共21张PPT)
2.实验:用油膜法估测油酸分子的大小
第一章
2022
内容索引
01
02
03
实验探究 新知导学
典例精讲 释疑解惑
随堂练习
课标定位
素养阐释
1.理解实验原理。
2.掌握实验方法,并能测出分子直径。
1.理解实验原理,培养科学思维。
2.掌握实验方法,落实科学态度与责任。
实验探究 新知导学
[实验目的]
用油膜法估测油酸分子的大小。
[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,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 d= 就是油酸分子的直径。
[实验器材]
油酸、酒精、注射器或滴管、量筒 、浅水盘、带有坐标方格的玻璃板、彩笔、爽身粉。
[实验步骤]
(1)在浅盘中倒入约2 cm深的水,将爽身粉均匀撒在水面上。
(2)取1 mL(1 cm3)的油酸溶于酒精中,制成200 mL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),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,将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上描下薄膜的形状,通过数方格个数,算出油酸薄膜的面积S。计算正方形个数时,不足半个的 舍去 ,多于半个的算一个。
(6)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。
(7)计算油酸薄膜的厚度d= ,即为油酸分子直径的大小。
[数据处理]
[误差分析]
(1)偶然误差:配制一定浓度的油酸酒精溶液时产生误差。量取一滴油酸酒精溶液的实际体积时产生误差。采用“不足半个舍去、多于半个算一个”的互补法计算油膜面积存在误差。
(2)系统误差:油酸分子(C17H33COOH)的形状为长链形,将其视为球体会与实际分子形状有区别,所以实验只能得到分子直径的 数量级 ,而不能得到准确值。
[注意事项]
(1)油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置,以免浓度改变,造成较大的实验误差。
(2)实验前应保持浅盘干净,否则难以形成油膜。
(3)浅盘中的水应保持平衡,爽身粉应均匀撒在水面上。
(4)向水面滴油酸酒精溶液时,应靠近水面,不能离水面太高,否则油膜难以形成。
(5)待测油酸液面扩散后又收缩,要在稳定后再画轮廓。
典例精讲 释疑解惑
【例题1】 在用油膜法估测分子的大小实验中,用注射器将一滴油酸酒精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,其形状如图所示,坐标纸上正方形小方格的边长为10 mm,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4×10-6 mL,则油酸分子的直径是 m(上述结果均保留2位有效数字)。
答案：8.4×10-3
4.8×10-10
解析：油酸在水面上充分扩散开后,就会形成单分子油膜,即油膜的厚度就是分子的直径,考虑到液体分子间的间隙很小,从而忽略,所以油酸的体积就等于油膜的面积与油膜厚度的乘积;油膜的面积是通过坐标纸上的小方格来计算的,即大于半格算一个整格,所以油膜的面积为84×(10×10-3)2 m2=8.4×10-3 m2。
【例题2】 在做用油膜法估测分子的大小实验中,104 mL油酸酒精溶液中有纯油酸6 mL。用注射器测得1 mL上述溶液有50滴。把1滴该溶液滴入撒有爽身粉的盛水的浅盘里,待油膜形状稳定后,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,其形状如图所示,坐标纸中正方形小方格的边长为20 mm。
(1)油膜的面积是多少
(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,估算出油酸分子的直径。
答案：(1)2.32×10-2 m2 (2)1.2×10-11 m3
(3)5.2×10-10 m
方法归纳 1.纯油酸体积V的计算
若油酸酒精溶液的体积分数为η,n滴该溶液的体积为V1,则一滴该溶液中的油酸体积V= 。
2.油膜面积S的计算
用数格子法(不足半个的舍去,多于半个的算一个)求出油膜面积。
随堂练习
1.(实验原理)(多选)某同学在用油膜法估测分子直径的实验中,计算结果明显偏大,可能是由于( )
A.油酸未完全散开
B.油酸中含有大量酒精
C.求每滴体积时,1 mL溶液的滴数多数了几滴
D.计算油膜面积时,舍去了所有不足1格的方格
解析：形成的油膜不是单分子层,计算的油膜厚度就不是分子直径,比分子直径大得多,A正确。滴入水中后酒精都溶入水中,B错误。计算体积时多数了几滴,会使计算的油滴体积偏小,当然计算的分子直径也偏小,C错误。数方格时舍去了所有不足1格的方格,计算出的油膜面积偏小,导致计算结果偏大,D正确。
AD
2.(实验操作)在用单分子油膜估测分子大小的实验中,某同学的操作步骤如下:
①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;
②在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积;
③在浅盘内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;
④在浅盘上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积。
改正其中的错误: 。
答案：②在量筒中滴入N滴溶液 ③在水面上先撒上爽身粉
解析：用单分子油膜法估测分子的大小,首先精确取1 mL的油酸,用无水酒精稀释成油酸酒精溶液,并测出一滴的体积V,在盛水盘中倒入2 cm深的蒸馏水,为观测油膜的面积,在水面上轻撒一层薄薄的爽身粉,在水面中央轻滴一滴油酸酒精溶液,于是油酸在水面上迅速散开,等到油膜不再扩大时,用一块透明塑料(或玻璃)板盖在水面上描出油膜的轮廓图,把这块玻璃放在方格纸上(绘图纸),数出油膜面的格数,然后算出油膜的面积S,于是可求出油膜的厚度h=d= 。
本 课 结 束
