(共23张PPT)
第1章
第2节 科学测量:用油膜法估测油酸分子的大小
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A 级 必备知识基础练
1.在用油膜法估测分子大小的实验中,认为油酸分子在水面上形成单分子油膜层,且油酸分子是一个紧挨一个排列的球体,这体现的物理思想方法是
( )
A.等效替代法 B.控制变量法
C.理想模型法 D.累积法
C
解析 在油膜法估测分子大小的实验中,让一定体积的油酸滴在水面上形成单分子油膜层,将油酸分子看作球形,认为油酸分子是一个紧挨一个排列的,估算出油膜面积,从而求出分子直径,这里用到的方法是理想模型法。C正确,A、B、D错误。
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2.采用油膜法估测分子的直径,需要测量的物理量是( )
A.一滴油酸的质量和它的密度
B.一滴油酸的体积和它的密度
C.一滴油酸的体积和它扩散成油膜的最大面积
D.散开形成的油膜的厚度和它的密度
C
解析 油膜法测分子直径的原理是油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜,将油酸分子看作球形,测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积,用 计算出油膜的厚度,其中V为一滴油酸溶液中纯油酸的体积,S为油膜面积。故选C。
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3.在用油膜法估测油酸分子的大小实验中,下列说法正确的是( )
A.为便于形成单分子油膜,配成的油酸酒精溶液浓度要低一些
B.为使油酸和酒精充分混合,配成的溶液需静置较长时间
C.为清晰显示油膜的边界,滴入油酸酒精溶液后再撒上爽身粉
D.为减小实验误差,选用的玻璃板上正方形方格要大一些
A
解析 为便于形成单分子油膜,配成的油酸酒精溶液浓度要低一些,A正确;为了减小误差,溶液应现配现用,故B错误;正确操作步骤应为在水面上先撒上爽身粉,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定,故C错误;为减小实验误差,选用的玻璃板上正方形方格要小一些,故D错误。
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4.为了减小用油膜法估测分子的大小的实验误差,下列操作正确的是( )
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
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,再用注射器把油酸酒精溶液多滴几滴在水面上
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
B
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解析 mL是一滴油酸酒精溶液的体积,乘以其中油酸的体积浓度才是油酸的体积,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。
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5.在做用油膜法估测分子的大小的实验时,用a mL纯油酸配制成b mL油酸酒精溶液,用量筒和注射器测得60滴这样的溶液为1 mL,用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有爽身粉的浅盘里,待油膜形状稳定后,把玻璃板盖在浅盘上并描画出油膜的轮廓,如图所示。
(1)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V= mL;
(2)图中单分子油膜的面积相当于 个小方格的
面积。再测量出小方格的边长,从而计算出浅盘中单分
子油膜的面积S;
(3)若计算油膜面积时,所有不足一格的方格都当成一格,则实验的计算结果将 (选填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
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偏小
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解析 (1)依题意,可得一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V= mL。
(2)计算油膜面积时,根据不足半格的舍去,超过半格的都当成一格,由题图可得单分子油膜的面积相当于60个小方格的面积。
(3)若计算油膜面积时,所有不足一格的方格都当成一格,将导致油膜面积S的测量值偏大,根据 ,则实验的计算结果将偏小。
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6.某实验小组的同学在做用油膜法估测分子大小的实验。
(1)某同学操作步骤如下:
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,描出油膜轮廓,用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4.8×10-3 mL,其形成的油膜面积为80 cm2,则估测出油酸分子的直径为 m。
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答案 (1)②在量筒中滴入N滴溶液,测出其体积;③在水面上先撒上爽身粉,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定
(2)6×10-10
解析 (1)②在量筒中直接测量一滴油酸酒精溶液的体积误差太大,应先用累积法测出N滴该溶液的体积,再求出一滴的体积;③油酸在水面上形成的油膜轮廓不易观察,可在水面上先撒上爽身粉(或细石膏粉),再滴油酸酒精溶液,稳定后就呈现出清晰轮廓。
(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V=4.8×10-3×0.10%×10-6 m3 =4.8×10-12 m3,故油酸分子直径 m=6×10-10 m。
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7.(多选)在做用油膜法估测分子大小的实验中,所用的油酸酒精溶液为1 000 mL溶液中有纯油酸2 mL,用量筒测得1 mL上述溶液为100滴,把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内,让油膜在水面上尽可能散开并稳定后,油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示,图中小方格的边长为2 cm,油膜所占方格数约为75个,下列说法正确的是( )
B 级 关键能力提升练
A.此实验把分子看成球体
B.可以估算出油膜的面积约为0.06 m2
C.每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积约为2×10-11 m3
D.估算出油酸分子的直径约为6.7×10-4 m
AC
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解析 此实验把分子看成球体,A正确;小方格的边长为2 cm,油膜所占方格数约为75个,故油膜的面积约为S=(2×10-2)2×75 m2=0.03 m2,B错误;每滴
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8.(多选)在用油膜法估测油酸分子大小的实验中,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.水面上爽身粉撒得过多,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
ABC
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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 可知,测量值偏大,故A正确;水面上爽身粉撒得较多,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,测量分子直径偏小,故D错误。
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9.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,向撒有爽身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,如图甲所示。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)。
甲
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8×10-10
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(2)用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片如图乙所示,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)。
乙
9.4×10-10
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(2)直径为1.43×10-8 m的圆周周长为πd=4.5×10-8 m,可以估算出铁原子的直径约为 m=9.4×10-10 m。
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10.(2023广东深圳高二期中)实验所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中含有纯油酸6 mL,用注射器测得1 mL上述溶液为80滴。把1滴该溶液滴入撒有爽身粉的盛水浅盘里,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膜的轮廓形状,再把玻璃板放在坐标纸上,其形状和尺寸如图所示,坐标中正方形方格的边长为1 cm。
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(1)油酸膜的面积是 cm2;
(2)按以上实验数据估测油酸分子的直径为 m(保留2位有效数字);
(3)若该同学在计算注射器滴出的一滴油酸酒精溶液体积之后,不小心拿错了另一个注射器把溶液滴在水面上。拿错的注射器针管比原来的粗,这会导致实验测得的油酸分子直径 (选填“偏大”“偏小”或“不变”);
(4)利用单分子油膜法可以估测分子的大小和阿伏伽德罗常数。如果已知体积为V的一滴油酸在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S,这种油酸
的密度为ρ,摩尔质量为M,则阿伏伽德罗常数的表达式为NA= 。
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6.4×10-10
偏小
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解析 (1)根据图中描绘的轮廓,不足半格舍去,大于半格算一格,共计117个方格,所以油膜的面积为S=117×1×1 cm2=117 cm2。
(3)拿错的注射器针管比原来的粗,则每滴油酸酒精溶液的体积较大,含有油酸较多,在水平面上形成油膜的面积较大,但计算时仍按原来的体积,根据 ,可知这会导致实验测得的油酸分子直径偏小。
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11.在做用油膜法估测分子大小的实验中,油酸酒精溶液的浓度为每104 mL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,其形状如图所示,坐标纸中小方格的边长为20 mm,则:
(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,估测出油酸分子的直径。
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答案 (1)2.32×10-2 m2
(2)1.2×10-11 m3
(3)5.2×10-10 m
解析 (1)油膜轮廓包围的方格数约58格,则油膜的面积S=58×(20×10-3)2 m2=2.32×10-2 m2。第2节 科学测量:用油膜法估测油酸分子的大小
A级 必备知识基础练
1.在用油膜法估测分子大小的实验中,认为油酸分子在水面上形成单分子油膜层,且油酸分子是一个紧挨一个排列的球体,这体现的物理思想方法是( )
A.等效替代法 B.控制变量法
C.理想模型法 D.累积法
2.采用油膜法估测分子的直径,需要测量的物理量是( )
A.一滴油酸的质量和它的密度
B.一滴油酸的体积和它的密度
C.一滴油酸的体积和它扩散成油膜的最大面积
D.散开形成的油膜的厚度和它的密度
3.在用油膜法估测油酸分子的大小实验中,下列说法正确的是( )
A.为便于形成单分子油膜,配成的油酸酒精溶液浓度要低一些
B.为使油酸和酒精充分混合,配成的溶液需静置较长时间
C.为清晰显示油膜的边界,滴入油酸酒精溶液后再撒上爽身粉
D.为减小实验误差,选用的玻璃板上正方形方格要大一些
4.为了减小用油膜法估测分子的大小的实验误差,下列操作正确的是( )
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,再用注射器把油酸酒精溶液多滴几滴在水面上
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
5.在做用油膜法估测分子的大小的实验时,用a mL纯油酸配制成b mL油酸酒精溶液,用量筒和注射器测得60滴这样的溶液为1 mL,用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有爽身粉的浅盘里,待油膜形状稳定后,把玻璃板盖在浅盘上并描画出油膜的轮廓,如图所示。
(1)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V= mL;
(2)图中单分子油膜的面积相当于 个小方格的面积。再测量出小方格的边长,从而计算出浅盘中单分子油膜的面积S;
(3)若计算油膜面积时,所有不足一格的方格都当成一格,则实验的计算结果将 (选填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
6.某实验小组的同学在做用油膜法估测分子大小的实验。
(1)某同学操作步骤如下:
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,描出油膜轮廓,用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4.8×10-3 mL,其形成的油膜面积为80 cm2,则估测出油酸分子的直径为 m。
B级 关键能力提升练
7.(多选)在做用油膜法估测分子大小的实验中,所用的油酸酒精溶液为1 000 mL溶液中有纯油酸2 mL,用量筒测得1 mL上述溶液为100滴,把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内,让油膜在水面上尽可能散开并稳定后,油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示,图中小方格的边长为2 cm,油膜所占方格数约为75个,下列说法正确的是( )
A.此实验把分子看成球体
B.可以估算出油膜的面积约为0.06 m2
C.每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积约为2×10-11 m3
D.估算出油酸分子的直径约为6.7×10-4 m
8.(多选)在用油膜法估测油酸分子大小的实验中,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.水面上爽身粉撒得过多,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
9.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,向撒有爽身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,如图甲所示。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)。
甲
(2)用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片如图乙所示,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)。
乙
10.(2023广东深圳高二期中)实验所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中含有纯油酸6 mL,用注射器测得1 mL上述溶液为80滴。把1滴该溶液滴入撒有爽身粉的盛水浅盘里,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膜的轮廓形状,再把玻璃板放在坐标纸上,其形状和尺寸如图所示,坐标中正方形方格的边长为1 cm。
(1)油酸膜的面积是 cm2;
(2)按以上实验数据估测油酸分子的直径为 m(保留2位有效数字);
(3)若该同学在计算注射器滴出的一滴油酸酒精溶液体积之后,不小心拿错了另一个注射器把溶液滴在水面上。拿错的注射器针管比原来的粗,这会导致实验测得的油酸分子直径 (选填“偏大”“偏小”或“不变”);
(4)利用单分子油膜法可以估测分子的大小和阿伏伽德罗常数。如果已知体积为V的一滴油酸在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S,这种油酸的密度为ρ,摩尔质量为M,则阿伏伽德罗常数的表达式为NA= 。
11.在做用油膜法估测分子大小的实验中,油酸酒精溶液的浓度为每104 mL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,其形状如图所示,坐标纸中小方格的边长为20 mm,则:
(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,估测出油酸分子的直径。
第2节 科学测量:用油膜法估测油酸分子的大小
1.C 在油膜法估测分子大小的实验中,让一定体积的油酸滴在水面上形成单分子油膜层,将油酸分子看作球形,认为油酸分子是一个紧挨一个排列的,估算出油膜面积,从而求出分子直径,这里用到的方法是理想模型法。C正确,A、B、D错误。
2.C 油膜法测分子直径的原理是油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜,将油酸分子看作球形,测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积,用d=计算出油膜的厚度,其中V为一滴油酸溶液中纯油酸的体积,S为油膜面积。故选C。
3.A 为便于形成单分子油膜,配成的油酸酒精溶液浓度要低一些,A正确;为了减小误差,溶液应现配现用,故B错误;正确操作步骤应为在水面上先撒上爽身粉,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定,故C错误;为减小实验误差,选用的玻璃板上正方形方格要小一些,故D错误。
4.B mL是一滴油酸酒精溶液的体积,乘以其中油酸的体积浓度才是油酸的体积,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。
5.答案 (1)
(2)60
(3)偏小
解析 (1)依题意,可得一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V=mL。
(2)计算油膜面积时,根据不足半格的舍去,超过半格的都当成一格,由题图可得单分子油膜的面积相当于60个小方格的面积。
(3)若计算油膜面积时,所有不足一格的方格都当成一格,将导致油膜面积S的测量值偏大,根据d=,则实验的计算结果将偏小。
6.答案 (1)②在量筒中滴入N滴溶液,测出其体积;③在水面上先撒上爽身粉,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定
(2)6×10-10
解析 (1)②在量筒中直接测量一滴油酸酒精溶液的体积误差太大,应先用累积法测出N滴该溶液的体积,再求出一滴的体积;③油酸在水面上形成的油膜轮廓不易观察,可在水面上先撒上爽身粉(或细石膏粉),再滴油酸酒精溶液,稳定后就呈现出清晰轮廓。
(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V=4.8×10-3×0.10%×10-6m3=4.8×10-12m3,故油酸分子直径d=m=6×10-10m。
7.AC 此实验把分子看成球体,A正确;小方格的边长为2cm,油膜所占方格数约为75个,故油膜的面积约为S=(2×10-2)2×75m2=0.03m2,B错误;每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积约为V=mL=2×10-5mL=2×10-11m3,C正确;油酸分子的直径约为d=m=6.7×10-10m,D错误。
8.ABC 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;水面上爽身粉撒得较多,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,测量分子直径偏小,故D错误。
9.答案 (1)2.6×102 8×10-10
(2)9.4×10-10
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=65×2×2cm2=260cm2=2.6×102cm2,溶液体积浓度为,每滴溶液体积为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m=9.4×10-10m。
10.答案 (1)117
(2)6.4×10-10
(3)偏小
(4)
解析 (1)根据图中描绘的轮廓,不足半格舍去,大于半格算一格,共计117个方格,所以油膜的面积为S=117×1×1cm2=117cm2。
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是V=mL=7.5×10-6mL
估测油酸分子的直径为d=×10-2m=6.4×10-10m。
(3)拿错的注射器针管比原来的粗,则每滴油酸酒精溶液的体积较大,含有油酸较多,在水平面上形成油膜的面积较大,但计算时仍按原来的体积,根据d=,可知这会导致实验测得的油酸分子直径偏小。
(4)单个油酸分子的直径为d0=,单个油酸分子的体积为V0=,摩尔体积为Vmol=,阿伏伽德罗常数为NA=。
11.答案 (1)2.32×10-2 m2
(2)1.2×10-11 m3
(3)5.2×10-10 m
解析 (1)油膜轮廓包围的方格数约58格,则油膜的面积S=58×(20×10-3)2m2=2.32×10-2m2。
(2)每一滴溶液中含纯油酸的体积
V=mL=1.2×10-5mL=1.2×10-11m3。
(3)油酸分子的直径
d=m=5.2×10-10m。(共34张PPT)
第1章
第2节 科学测量:用油膜法估测油酸分子的大小
1.知道用油膜法估测分子大小的原理、思想和方法,建立物质分子的球体模型。(科学思维)
2.通过实验估测油酸分子的大小,培养物理学中的估算能力。(科学探究)
3.体会通过测量宏观量来研究微观量的思想方法。(科学思维)
课标要求
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
目录索引
基础落实·必备知识全过关
1.实验目的
(1)估测油酸分子大小的数量级。
(2)体验通过油膜法测量油酸分子大小的思想方法。
2.实验器材:油酸、酒精、清水、滴管(或注射器)、量筒、笔、爽身粉、玻璃片、浅水盘、坐标纸。
3.实验原理:把一滴油酸酒精溶液滴在水面上形成一片单分子油膜。油膜面积最大且稳定时,不考虑分子间的空隙,把油酸分子视为球体,只要计算出一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V并测出油膜面积S,就可估算出
想一想用油膜法估测分子的大小时,油酸分子的形状真的是球形吗 排列时会一个紧挨一个吗
提示 实际分子的结构很复杂,且分子间有空隙,认为分子是球形且一个紧挨一个排列,是一种近似模型,是对问题的简化处理。
易错辨析 判一判
(1)为了便于研究,我们通常把油酸分子看作球形。( )
(2)油酸分子直径的数量级为10-10 m。( )
(3)为了减小误差,在做用油膜法估测分子大小的实验时,直接使用纯油酸。
( )
(4)若撒入水中的爽身粉太多,会使油酸未完全散开,从而使测出的分子直径偏小。( )
√
√
×
提示 为了减小误差,在做用油膜法估测分子大小的实验时,使用油酸酒精溶液。
×
提示 若撒入水中的爽身粉太多,会使油酸未完全散开,油膜的面积偏小,从而使测出的分子直径偏大。
(5)若滴在水面的油酸酒精溶液体积为V,铺开的油膜面积为S,则可估算出油酸分子直径为 。( )
×
提示 油酸分子的直径等于纯油酸体积与油膜面积的比值。
即学即用 练一练
(多选)关于分子,下列说法正确的是( )
A.分子的形状要么是球形,要么是立方体
B.所有分子的直径都相同
C.不同分子的直径一般不同,但数量级基本一致
D.测定分子大小的方法有多种,油膜法只是其中一种方法
CD
解析 实际上,分子的结构非常复杂,它的形状并不真的都是球形或立方体,分子的直径不可能都相同,测定分子大小的方法有许多种,尽管用不同方法测出的结果有差异,但数量级基本是一致的,故选项A、B错误,C、D正确。
重难探究·能力素养全提升
探究一 实验原理及操作
情境探究
生活中,我们经常遇见这样一种现象:很少量的油不小心洒在水面上,扩散很大的面积。
想一想,实验中为什么不能用纯油酸而是用油酸酒精溶液
要点提示 如果往水面上直接滴一滴纯油酸,那么它在水面上形成单分子油膜所需液面面积太大,实验室中很难提供这么大的容器,即使能提供,做起实验来也不方便。所以本实验中采取用酒精对油酸进行稀释的办法来获取更小体积的纯油酸,这样做更有利于油酸在水面上形成单分子油膜。
知识归纳
1.实验思路
认为油酸薄膜是由单层油酸分子紧密排列组成的,把油酸分子简化为球形,认为油膜的厚度即为油酸分子的直径,如图所示。
2.待测物理量
一是测出一滴油酸酒精溶液的体积,并算出对应的纯油酸的体积;二是测量这滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积。实验时测出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V,再测出油膜的面积S,油酸分子的直径 。
应用体验
典例1 用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是__________________________________ _________________。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以______________________________________________ _______________________________________________。为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是 。
使油酸在浅盘的水面上容易形成一块
单分子层油膜
把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,得到一滴溶液中纯油酸的体积
单分子层油膜的面积
解析 稀释后,油酸在浅盘的水面上更容易形成一块单分子层油膜。把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数n,得到一滴油酸酒精溶液的体积 ,之后根据浓度求出一滴溶液中纯油酸的体积。根据公式 可知,还需要测单分子层油膜的面积S。
规律方法 用油膜法估测油酸分子大小实验中的“两测一算”
(1)测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积。
先配制一定浓度的油酸酒精溶液,用注射器或滴管将事先配制好的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(例如1 mL)时的滴数,从而算出一滴溶液的体积,再结合溶液的浓度就可以计算出一滴溶液中所含纯油酸的体积。
(2)测量单分子油膜的面积。
①在浅盘中装入2 cm深的水,然后将爽身粉均匀地撒在水面上。
②将一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用笔将薄膜的形状描画在玻璃板上。
③将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数,再根据方格的个数求出油膜的面积。
(3)估算分子的直径。
如果一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V,所形成的单分子油膜的面积为S,则分子的直径为 。
针对训练1
在用油膜法估测油酸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 。
A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位,数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.在浅盘中装入约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浓度为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.将玻璃板放在浅盘上,用笔将薄膜的外围形状描画在玻璃板上
答案 ECBFAD(E和C可颠倒)
解析 根据实验步骤可知合理的顺序为ECBFAD,其中E和C的先后顺序可颠倒。
探究二 数据处理及误差分析
情境探究
在用油膜法估测油酸分子的大小的实验中,现有按油酸体积与酒精体积比为n∶m配制好的油酸酒精溶液,还有一个盛有约2 cm深水的浅盘、一支滴管、一个量筒。
(1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液,其体积为V;再
用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘,等油酸薄膜稳定后,
将薄膜轮廓描绘在坐标纸上,如图所示。已知坐标纸上每
个小方格面积为S,则油膜面积为 (填写S的整数倍)。
(2)估算油酸分子直径的表达式为d= 。
要点提示 (1)求油膜面积时,半个以上方格面积记为S,不足半个舍去,数出总格数是8,故面积为8S。
知识归纳
1.数据处理
在实验中由 计算分子直径,V是经过换算后一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,各物理量的计算方法如下:
(1)一滴油酸酒精溶液的体积 (N为滴数,VN为N滴油酸酒精溶液的体积)。
(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V=η×V'(η为油酸的体积浓度)。
(3)油酸薄膜的面积S=na2(n为小正方形的有效个数,a为小正方形的边长)。
2.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。
(2)实验前应注意检查浅盘是否干净,否则难以形成油膜。
(3)浅盘中的水应保持平稳,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。
(5)要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓。
3.误差分析
(1)不能形成单分子油膜。
(2)油滴体积的测量产生误差。
(3)计算油膜的面积时有误差(每个方格面积越小,误差越小)。
应用体验
典例2 某同学做用油膜法估测油酸分子的大小的实验。
(1)每滴油酸酒精溶液的体积为V0,将该溶液滴一滴到水面上,稳定后形成油膜的面积为S。已知500 mL油酸酒精溶液中含有纯油酸1 mL。则油酸分
子直径大小的表达式为d= 。
(2)(多选)该同学做完实验后,发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是 。
A.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算
B.油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
C.水面上爽身粉撒得太多,油膜没有充分展开
D.计算油膜面积时,将不完整的方格作为完整方格处理
AC
(2)将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算,则计算公式变为 ,结果将明显偏大,故A正确;油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度增大,所测的分子直径d应偏小,故B错误;水面上爽身粉撒得太多,油膜没有充分展开,油膜面积偏小,由计算公式可知C正确;计算油膜面积时,将不完整的方格作为完整方格处理,油膜面积偏大,所测的分子直径d会偏小,故D错误。
针对训练2
(2023海南海口模拟)在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V1体积溶液中有纯油酸体积V2,用注射器和量筒测得V0体积上述溶液有n滴,把一滴该溶液滴入盛水的撒有爽身粉的浅盘中,待水面稳定后,得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示,图中每个小正方形格的边长为a,则可求得:
(1)油酸薄膜的面积S= ;
(2)油酸分子的直径是 ;(用V1、V2、V0、n、S表示)
115a2
(3)某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大,可能是由于 ;
A.水面上爽身粉撒得太多,油膜没有充分展开
B.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格
C.用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴
D.油膜中含有大量未溶解的酒精
AB
解析 (1)轮廓包围方格约为115个,一个方格的面积为a2,故油酸薄膜的面积为S=115a2。
(3)如果水面上爽身粉撒得较多,油酸没有充分展开,导致统计的油酸面积比充分展开的油酸面积小,由 可知,计算结果将偏大,故A正确;如果计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格,导致统计的油膜面积偏小,由
可知,计算结果将偏大,故B正确;用注射器和量筒测V0体积溶液滴数
时多记录了几滴,则每一滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积的测量值偏小,由 可知,计算结果将偏小,故C错误;如果油膜中含有大量未溶解的酒精,导致油酸的实际面积比统计面积小,计算时采用统计的油酸面积S偏大,由 可知,油酸分子直径d的计算值将比真实值偏小,故D错误。
学以致用·随堂检测全达标
1
2
3
1.利用油膜法可估测分子的大小,关于实验中油膜面积的测量方法,下列说法正确的是( )
A.油酸酒精溶液滴入水中后,应立即用刻度尺去测量油酸油膜的面积
B.油酸酒精溶液滴入水中后,应让油酸尽可能地散开,再用刻度尺去测量油膜的面积
C.油酸酒精溶液滴入水中后,应立即将油膜的轮廓画到玻璃板上,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,应让油酸尽可能地散开,再把油膜的轮廓画在玻璃板上,然后再利用坐标纸去计算油膜的面积
D
解析 在测量油膜面积时,应让油酸尽可能地散开,然后在玻璃板上画出油膜的轮廓,用坐标纸通过数有效方格数来计算油膜的面积,故D项正确。
1
2
3
2.(多选)某同学在用油膜法估测分子大小的实验中,得出的计算结果明显偏大,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.计算油膜面积时舍去了所有不足一个的方格
D.求每滴溶液体积时,1 mL的溶液的滴数多记了10滴
AC
1
2
3
解析 油酸分子直径 ,计算结果明显偏大,可能是V取大了或S取小了。油酸未完全散开,所测S偏小,d偏大,A正确;油酸中含有大量酒精,不影响测量结果,B错误;若计算油膜面积时舍去了所有不足一个的方格,使S偏小,d变大,C正确;若求每滴溶液体积时,1 mL的溶液的滴数多记了10滴,使V变小,d变小,D错误。
1
3
3.在做用油膜法估测分子的大小的实验时,油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.2 mL,用量筒和注射器测得1 mL上述溶液有80滴,用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有爽身粉的浅盘里,待水面稳定后,画出油酸薄膜的轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为1 cm。(结果均保留两位有效数字)
(1)油酸薄膜的面积是 m2。
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积
是 m3。
(3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径
是 m。
4.0×10-3
2.5×10-12
6.3×10-10
2
1
3
解析 (1)由于每个小方格边长为1 cm,则每一个小方格的面积就是1 cm2,数出在油膜轮廓范围内的格子数为40,则油酸薄膜的面积S=40 cm2=4.0×
10-3 m2。
2
