2.学生实验：用油膜法估测油酸分子的大小
1．实验目的
用油膜法估测油酸分子的大小．
2．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，如图所示，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．
3．实验器材
油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅水盘、玻璃板、坐标纸、彩笔、痱子粉或细石膏粉.
1．实验步骤
(1)在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉或细石膏粉均匀撒在水面上．
(2)取1毫升(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成200毫升的油酸酒精溶液．
(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，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔画出油酸薄膜的形状．
(6)将玻璃板放在坐标纸上(或者玻璃板上有边长为1 cm的方格)，通过数方格个数，算出油酸薄膜的面积S.计算方格数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个．
(7)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.
(8)计算油酸薄膜的厚度d＝，即为油酸分子直径的大小．
2．数据处理
(1)一滴油酸溶液的平均体积
＝.
(2)一滴溶液中含纯油酸的体积V
V＝×油酸溶液的体积比 (体积比＝)．
(3)油膜的面积S＝n×1 cm2(n为有效格数，小方格的边长为1 cm)．
(4)分子直径d＝(代入数据时注意单位的统一)．
3．误差分析
产生原因
减小方法
偶然
误差
数不完整格数时，对不足半格的判断存在误差
数出全部不完整的格数n，它们相当于有个完整的格数
系统
误差
油酸分子(C17H33COOH)的形状为长链形，将其视为球体则与实际分子形体有区别，所以实验只能得到分子直径的数量级，而不能得到准确值
4．实验注意事项
(1)油酸溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度，而使实验误差增大．
(2)注射器针头高出水面的高度应为1 cm之内，当针头靠近水面很近(油酸未滴下之前)时，会发现针头下方的粉层已被排开，是由于针头中酒精挥发所致，不影响实验效果．
(3)实验之前要训练好滴法．
(4)待测油酸扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓．扩散后又收缩有两个原因：第一，水面受油酸滴的冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩．
(5)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这一侧边缘会残留少许油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁．
(6)从盘的中央加痱子粉，使痱子粉自动扩散均匀，这是由于以下两种因素：第一，加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开；第二，粉粒之间的排斥．这样做，比将粉撒在水面上实验效果好．
(7)本实验只要求估算分子大小，实验结果数量级符合要求即可．
实验探究1 实验误差分析
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．求每滴体积时，1 mL溶液的滴数少数了几滴
E．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
【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，D正确；数方格时舍去了所有不足一格的方格，计算出的油膜面积偏小，导致计算结果偏大，E正确．
【答案】 ADE
实验探究2 实验步骤及数据处理
在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：
①往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水．待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上．
②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定．
③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小．
④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积．
⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上．
完成下列填空：
(1)上述步骤中，正确的顺序是________________．(填写步骤前面的数字)
(2)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴．现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2.
由此估算出油酸分子的直径为__________m．(结果保留一位有效数字)
【解析】 (1)实验操作开始之前要先配制油酸酒精溶液，确定每一滴溶液中含有纯油酸的体积，所以步骤④放在首位．实验操作时要在浅盘放水、痱子粉，为油膜形成创造条件，然后是滴入油酸、测量油膜面积、计算油膜厚度(即油酸分子直径)，所以接下来的步骤是①②⑤③.
(2)油酸溶液的体积百分比浓度是.一滴溶液的体积是 cm3＝2×10－8 m3，所以分子直径d＝ m＝5×10－10 m.
【答案】 (1)④①②⑤③ (2)5×10－10
课件25张PPT。第一章 分子动理论2.学生实验：用油膜法估测油酸分子的大小点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(二)
(建议用时：45分钟)
[基础达标练]
1．用油膜法估测分子直径实验的科学依据是( )
A．将油膜看成单分子油膜
B．不考虑各油分子间的间隙
C．考虑了各油分子间的间隙
D．将油膜分子看成球形
E．考虑了油膜由多层分子构成
【解析】 该实验的原理就是把油酸分子视为球形，且认为是一个一个紧挨着单层分布，不考虑分子间隙，故A、B、D选项正确．
【答案】 ABD
2．为了减小“油膜法估测分子的大小”的实验误差，下列方法可行的是( )
A．用注射器向量筒中滴入(100滴)油酸酒精溶液，并读出量筒里这些溶液的体积恰为整数V1，则每滴溶液的体积为V2＝
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些
C．先在浅盘内的水中撒入一些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液滴1滴在水面上
D．用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成规则形状
E．计算油膜面积时舍去所有不足一个的方格
【解析】 测量多滴溶液的体积和溶液的滴数，以减小读数误差，A正确；水面离盘口距离小些，可减小画油膜轮廓时的误差，B正确；滴入1滴液滴形成单分子油膜，C正确；用牙签拨弄油膜，会使油膜间有空隙，还会带走一部分油酸，D错误；舍去所有不足一个的方格，结果偏大，E错误．
【答案】 ABC
3．一艘油轮装载着密度为900 kg/m3的原油在海上航行，由于某种事故而使原油发生部分泄漏导致9 t的原油流入大海，则这次事故造成的最大污染面积约为__________m2.
【解析】 分子直径的数量级是d＝10－10 m．由d＝，ρ＝可知，S＝＝1011 m2.
【答案】 1011
4．在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，用注射器将一滴油酸酒精溶液滴入撒有痱子粉的盛水的浅盘里，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，该油酸膜的面积是________ 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．(上述结果均保留一位有效数字)
【解析】 由于小方格的个数为80个，故油酸膜的面积是S＝80×100×10－6 m2＝8×10－3 m2；
D＝＝ m＝5×10－10 m.
【答案】 8×10－3 5×10－10
5．在“用单分子油膜估测分子大小”实验中
(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在蒸发皿内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；
④在蒸发皿上覆盖透明玻璃，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：_____________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
(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40 cm2，则估测出油酸分子的直径为__________m.
【解析】 (1)②由于一滴溶液的体积太小，直接测量时相对误差太大，应用微小量累积法减小测量误差．
③液面上不撒痱子粉时，滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油膜不能形成一块完整的油膜，油膜间的缝隙会造成测量误差增大甚至实验失败．
(2)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
＝1.2×10－9 m.
【答案】 (1)②在量筒中滴入N滴溶液
③在水面上先撒上痱子粉 (2)1.2×10－9
[能力提升练]
6．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约为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL.用注射器测得1 mL上述溶液为75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，用彩笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标纸中正方形方格的边长为1 cm.试求：
(1)油酸膜的面积是多少？
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积？
(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径．
【解析】 (1)根据图中的轮廓可知，油膜面积S＝106×1 cm2＝106 cm2.
(2)由1 mL溶液为75滴可知1滴溶液的体积为 mL，又已知每104 mL溶液中有纯油酸6 mL.
则1滴溶液中含纯油酸的体积为
V＝× mL＝8×10－6 mL＝8×10－6 cm3.
(3)油酸分子直径
d＝＝ cm≈7.5×10－8 cm＝7.5×10－10 m.
【答案】 (1)106 cm2 (2)8×10－6 cm3
(3)7.5×10－10 m
