【高考突破方案】第十三章 实验十九油膜法测分子直径 -强化训练（解析版）高考物理一轮复习

第十三章 热学
实验十九　油膜法测分子直径
1.在“油膜法估测分子直径”的实验中，我们通过宏观量的测量间接计算微观量.
(1)本实验利用了油酸分子易在水面上形成________(选填“单层”或“多层”)分子油膜的特性.若将含有纯油酸体积为V的一滴油酸酒精溶液滴到水面上，形成面积为S的油酸薄膜，则由此可估测油酸分子的直径为________.
(2)某同学实验中先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，测量并计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积后，接着又进行了下列操作：
A.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜
B.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸薄膜的面积
C.将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上
D.向浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上
以上操作的合理顺序是__________(填字母代号).
(3)若实验时痱子粉撒的太厚，则所测的分子直径会______(选填“偏大”或“偏小”).
【答案】 (1)单层　　(2)DACB　(3)偏大
【解析】 (1)本实验利用了油酸分子易在水面上形成单层分子油膜的特性.若将含有纯油酸体积为V的一滴油酸酒精溶液滴到水面上，形成面积为S的油酸薄膜，由V＝dS，可得油酸分子的直径d为.
(2)实验操作的合理顺序是：向浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上；将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜；将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上；将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸薄膜的面积.
(3)若实验时痱子粉撒的太厚，油酸溶液将形成多分子油膜，则所测的分子直径会偏大.
　2.“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的简要步骤如下：
A.在浅盘中装入约2 cm深的水
B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油膜的形状描画在玻璃板上
C.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(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油膜的面积S
D.根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V
E.用公式d＝，求出油膜厚度，即油酸分子直径的大小
上述步骤中有步骤遗漏或不完整的，请指出：
(1)______________________________________________________________.
(2)______________________________________________________________.　　
【答案】 见解析
【解析】 (1)A步骤中，要在水面上均匀撒上爽身粉或细石膏粉.
(2)实验时，还需要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，记下量筒内增加一定体积时所加溶液的滴数.
　3.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滴该溶液滴入盛水的浅盘里，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(保留两位有效数字);
(3)利用单分子油膜法可以粗测分子的大小和阿伏加德罗常数.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，这种油的密度为ρ，摩尔质量为M，则阿伏加德罗常数的表达式为______________.
【答案】 (1)115(或116)　(2)6.5×10－10　(3)NA＝
【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115个方格，所以油膜的面积为
115×1 cm×1 cm＝115 cm2.
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积
V＝× mL＝7.5×10－6 mL，
估测油酸分子的直径为
d＝＝ m≈6.5×10－10 m.
(3)单个油酸分子的直径为d0＝，
单个油酸分子的体积为V0＝π()3＝，
摩尔体积为Vmol＝，
则阿伏加德罗常数为NA＝＝.
　4.油酸酒精溶液的浓度为每1000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.5 mL，用滴管向量筒内滴50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1 mL.若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示.(以下计算结果均保留两位有效数字)
(1)若每一小方格的边长为10 mm，则油酸薄膜的面积为______________m2.
(2)每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为 m3.
(3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径为 m.
(4)为了尽可能准确地估测出油膜分子的大小，下列哪些措施是可行的________.
A.油酸浓度适当大一些
B.油酸浓度适当小一些
C.油酸扩散后立即绘出轮廓图
D.油酸扩散并待其收缩稳定后再绘出轮廓图
【答案】 (1)7.8×10－3～8.5×10－3　(2)1.0×10－11
(3)1.2×10－9或1.3×10－9　(4)BD
【解析】 (1)每个正方形的面积为
S1＝(10 mm)2＝1×10－4 m2，
面积超过正方形面积一半的正方形的个数为80个，
则油酸膜的面积约为
S＝80S1＝80×10－4 m2＝8.0×10－3 m2.
(2)每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积：
V＝ mL＝1.0×10－11 m3.
(3)把油酸分子看成球形，且不考虑分子间的空隙，则分子的直径为d＝＝ m≈1.3×10－9 m.
(4)为能形成单分子油膜，油膜浓度应适当小些；绘制轮廓图应在油酸扩散稳定后进行，B、D选项正确，A、C错误.