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第一章 分子动理论的基本观点
第2节 科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小
分子十分微小。以水为例，一个直径为10-3mm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
分子
直径:10-10m
直径:10-3mm
水珠
1.知道用分子的球形建立水面上油酸的单分子油膜的模型，并理解单分子油膜测量油酸分子直径的公式 =。
2.能操作并测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和在水面上形成的油膜的面积。
3.能对测量的数据进行综合分析和计算，得到油酸分子直径的数量级。
一、实验思路
单分子油膜层忽略分子间隙，分子都是球形
1.实验原理：把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，使油酸在水面上形成单分子油膜，如果把油酸分子简化成球形，则油膜的厚度即为油酸分子的直径。
油酸分子
一滴溶液中纯油酸的体积
单分子油膜层的面积
油酸分子
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。
实验中，为了使油酸充分展开，获得一块单分子油膜，我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发,从而获得纯油酸形成的油膜。
二、物理量的测量
1.测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V
(1)配制一定浓度的油酸酒精溶液。
(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数。
(3)用它们的总体积除以总滴数，得到1滴油酸酒精溶液的体积。
(4)根据溶液浓度计算其所含纯油酸的体积V。
1滴油酸的体积= ×油酸酒精溶液浓度
2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S
(1)在浅盘里盛上水，一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另一只手拍打，将爽身粉均匀地撒在水面上
(2)用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液形成一块有轮廓的油膜
(3)待油膜形状稳定后，将事先准备好的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
撒爽身粉后，便于观察所形成的油膜的轮廓.
(4)根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个。
(5)把正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S。
四、数据分析
1.用1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和该油膜面积S计算出油膜厚度，
即油酸分子的直径
2.除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10－10 m
油酸分子
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。
五、注意事项
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。
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。
六、误差分析
思考与讨论1：实验中为什么不直接用纯油酸而是用被稀释过的油酸酒精溶液？
用酒精对油酸进行稀释有利于获取更小体积的纯油酸，这样更有利于油酸在水面上形成单分子油膜，同时酒精易挥发，不影响测量结果。
思考与讨论2：在用油膜法测定分子的直径时，实际上做了理想化处理，那么，有哪些地方做了理想化处理？
(1)把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层；
(2)把分子看成球形；
(3)油酸分子一个紧挨一个整齐排列。
水面上单分子油膜的示意图
油酸分子
1.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馏水
B．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
ACD
2.在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，下列做法不正确的是( )
A.用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，若100滴溶液的体积是1 mL，则1滴溶液中含有油酸小于10－2 mL
B.往浅盘里倒入适量的水，再将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上
C.用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，同时将玻璃板放在浅盘上，并立即在玻璃板上描下油酸膜的形状
D.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算轮廓范围内正方形的个数，并求得油膜的面积
C
3.某同学所得到的油酸分子直径的计算结果明显偏小,可能是由（ ）
A.油酸未完全散开
B.油酸酒精溶液中含有大量酒精
C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
D.在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时,滴数多数了10滴
D
4.在“用油膜法估测分子大小”实验中所用的油酸酒精溶液的浓度为1000mL溶液中有纯油酸0.6mL，用注射器测得1mL上述溶液为80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，测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中每一小方格的边长为1cm，试求：
（1）油酸薄膜的面积是________cm2；
（2）实验测出油酸分子的直径是______________m（结果保留两位有效数字）；
（3）实验中为什么要让油膜尽可能散开？
114
6.6×10－10
这样做的目的是让油膜在水面上形成单分子油膜。
