2.实验:用油膜法估测油酸分子的大小
课
程
标
准
素
养
目
标
通过实验,估测油酸分子的大小。
1.知道用单分子油膜方法估算分子的直径的原理。2.培养学生在物理学中的估算能力。3.体会通过测量宏观量来研究微观量的思想方法。
实验属性
学生必做实验
必备知识·素养奠基
(1)了解油酸分子的结构特点,学会用油膜法估测油酸分子大小。
(2)初步学会用统计的方法求物理量。
序号
器材名称
备注
1
无水酒精
2
油酸若干毫升
3
浅盘1只
30
cm×40
cm
4
注射器(或滴管)1支
5
透明玻璃盖板1块
6
量筒1个
500
mL
7
烧杯1个
8
彩色水笔1支
9
爽身粉(或石膏粉)
带纱网或粉扑
10
坐标纸1张
一、实验思路
1.用注射器(或滴管)取1
mL的油酸,向1
mL油酸中加酒精,直至总量达到500
mL配制成备用油酸酒精溶液;用注射器(或滴管)提取1
mL油酸酒精溶液,并测算出从滴管中滴出一滴油酸酒精溶液的体积,进而算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。
2.在盛水浅盘中装入约2
cm深的蒸馏水,为便于观测油膜的面积,可在水面上轻撒一层爽身粉,然后在水面中央滴一滴油酸酒精溶液,于是油酸在水面上迅速散开,待油膜面积不再扩大时,将透明玻璃盖板盖在浅盘上,用彩色笔描出油膜的轮廓图(如图甲所示);把绘有油膜轮廓图的透明玻璃盖板放在方格纸上,数出油膜所占的格数,然后计算出油膜的面积S;于是,由d=便可测算出油膜的厚度。
3.油酸在水面上形成单分子层油膜,油酸分子的一端对水有很强的亲和力,被吸引在水中,另一端对水没有亲和力,便冒出水面。油酸分子都是直立在水中的,单分子油膜的厚度等于油酸分子的长度。若把分子看成小球(如图乙所示),油膜的厚度也就等于分子的直径,其数量级为10-10
m。
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。
(1)用注射器(或滴管)取1
mL的纯油酸,放入500
mL的量筒中,然后再向量筒内加无水酒精,直到总量达到500
mL,则油酸酒精溶液的浓度为0.2%。
(2)用注射器吸取m毫升油酸酒精溶液,再把它一滴一滴地滴入烧杯中,记下液滴的总滴数N。则1滴油酸酒精溶液的体积为毫升。
(3)1滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积V=0.2__%×毫升。?
2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S。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,然后,用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液,油酸立即在水面散开,形成一块油膜。油膜上没有爽身粉,可以清楚地看出它的轮廓如图。在玻璃板上描下薄膜的形状。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。然后,把正方形的总个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S。如图正方形的总个数为87个。如果正方形的边长为1
cm,则油膜的面积为8.7×10-3
m2。
关键能力·素养形成
一、实验步骤
1.取1
mL(1
cm3)的油酸溶于酒精中,制成500
mL的油酸酒精溶液。
2.往边长约为30～40
cm的浅盘中倒入约2
cm深的水,然后将爽身粉或石膏粉均匀地撒在水面上。
3.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,记下液滴总滴数,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.用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液,油酸就在水面上慢慢散开,形成单分子油膜。
5.待油酸薄膜形状稳定后,将一块较大的玻璃板盖在浅盘上,用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。
6.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积。
7.根据油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V,根据纯油酸的体积V和薄膜的面积S,算出油酸薄膜的厚度d=,即为油酸分子的直径。
8.比较算出的分子直径,
看其数量级(单位为m)是否为10-10,若不是10-10需重做实验。
【思考·讨论】
(1)怎样能把油酸分子单层排列呢?
提示:把油酸用酒精稀释,使单位体积内的油酸分子数减少,把油酸酒精溶液滴在水面上后,酒精能迅速溶于水或者蒸发,水面上只有油酸分子,且能单层排列。
(2)该实验中在水面上为什么要用爽身粉?
提示:因为油酸是透明的,油酸酒精溶液滴在水面时,酒精溶于水,油酸形成单分子油膜,如果不用爽身粉,油酸扩散的边缘看不清。
(3)如何计算油酸在水面上的面积呢?
提示:待油膜形状稳定后,用透明玻璃盖板盖在浅盘上,用彩色水笔在透明玻璃盖板上画轮廓,把画有轮廓的透明玻璃盖板放在坐标纸上,以边长1
cm的正方形为单位,计算轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,大于半个的算一个,则油膜的面积S=n×1
cm2(n为有效格数,小方格的边长为1
cm)。
二、数据收集
根据实验步骤记录的数据,完成表格:
实验次数
量筒内增加1
mL溶液时的滴数
一滴纯油酸的体积V
轮廓内的正方形数
轮廓面积S
油酸分子的直径/m
平均值
1
2
用油膜法估测分子的直径,实验误差通常来自三个方面:
1.形成单分子油膜:
只有形成单分子油膜,才能用油膜的厚度代表分子的直径,即d=。要求使用的酒精的浓度、爽身粉的用量适宜;即使能做到单分子排列,但是油酸分子(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。
2.油酸的体积V:
用累积法测油酸的体积。先测出m毫升的油酸酒精溶液的滴数,从而计算出一滴油酸酒精溶液的体积,再由油酸酒精溶液的浓度算出纯油酸的体积,这样计算出的体积存在误差。
3.油膜的面积S:
用坐标纸测出形状不规则油膜的面积。数出不规则图形的轮廓包围的正方形个数,计算正方形个数时,不足半个的舍去,多于半个的算一个,正方形边长的单位越小,这种方法求出的面积越精确。
1.油酸酒精溶液的浓度应小于0.2
%,油酸酒精溶液配制后不要长时间放置,以免改变浓度,产生误差。
2.爽身粉的用量不要太多,否则不易成功,在水面上撒爽身粉时,注意不要触动浅盘中的水。
3.注射器针头高出水面的高度应在1
cm之内。当针头靠水面很近(油酸未滴下之前)时,会发现针头下方的粉层已被排开,是由针头中酒精挥发所致,不影响实验效果。
4.测1滴油酸酒精溶液的体积时,滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数,应多滴几滴,数出对应的毫升数,这样求平均值时误差较小。
5.在有机玻璃板上描绘轮廓时动作轻而迅速,眼睛视线要始终与玻璃垂直。
6.当重做实验时,水从盘的一侧边缘倒出,在这侧边缘会残留油酸,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。
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。
在做本实验时,把爽身粉均匀撒在水面上是很关键的一步。在实际操作时经常撒得不均匀或撒得过多,因爽身粉不溶于水又不能搅拌,只好重做。可用印刷碳粉代替爽身粉,因为印刷碳粉不溶于水且漂浮在水面上,若撒得太多,可将水和碳粉一起倒出,然后用玻璃棒搅拌,直至碳粉在水面薄且均匀,若撒得不均匀,可直接用玻璃棒搅拌均匀。
实验研析·素养迁移
类型一 实验操作
【典例1】(2019·全国卷Ⅲ)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________________________________。?
【解题探究】
(1)为什么油酸要被稀释,且要求油酸酒精溶液的浓度以小于0.2
%为宜?
提示:由于分子直径非常小,极少量油酸所形成的单分子层油膜面积也会很大,因此实验前需要将油酸稀释,使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜。
(2)怎样求出稀释后一滴油酸酒精溶液内纯油酸的体积?
提示:一滴油酸溶液中纯油酸的体积V=η(η为油酸酒精溶液的浓度,N为滴数,V液为N滴油酸酒精溶液的体积)
【解析】稀释的目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜;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,就能得到一滴溶液中纯油酸的体积。为得到油酸分子的直径,我们还需测量出单分子层油膜的面积。
答案:见解析
类型二 数据处理
【典例2】“用油膜法估测分子的大小”的实验的方法及步骤如下:
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爽身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用注射器吸取一段油酸酒精溶液,由注射器上刻度读取总
体积,再把它一滴一滴地滴入烧杯,记下总滴数,算出一滴油酸酒精溶液体积。
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__。?
(2)向体积V油=1
mL的油酸中加酒精,直至总量达到V总=500
mL;用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液1
mL,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入n=100滴时,恰好结束;将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,如图所示,数出轮廓范围内小方格的个数N,小方格的边长l=20
mm。1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V′是________
mL;油酸分子直径是________
m。?
【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中放水、爽身粉,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)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V′=×
mL=2×10-5
mL;根据大于半个方格的算一个,小于半个方格的舍去,油膜形状占据的方格数大约为113个,故面积S=113×20×20
mm2=4.52×104
mm2,油酸分子直径d==
mm≈4.4×10-7
mm=4.4×10-10
m。
答案:(1)④①②⑤③ (2)2×10-5 4.4×10-10
课堂检测·素养达标
1.某种油剂的密度为8×102
kg/m3,若不慎将0.8
kg的这种油剂漏到湖水中并形成单分子油膜,则湖面受污染面积约为
( )
A.10-3
m2 B.105
m2 C.10
km2 D.10-10
m2
【解析】选C。油滴的体积V==
m3=1×10-3
m3,湖面受污染面积S==
m2=107
m2=10
km2。
2.(多选)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,下列做法正确的是
( )
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10-2
mL
B.往浅盘里倒入适量的水,再将爽身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.根据1滴油酸酒精溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d=,即油酸分子的大小
【解析】选B、D。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滴油酸酒精溶液的体积是10-2
mL,含有油酸的体积小于10-2
mL,选项A错误;往浅盘里倒入适量的水,再将爽身粉或细石膏粉均匀地撒在水面上,选项B正确;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,待油酸膜形状稳定后,在玻璃板上描下油酸膜的形状,选项C错误;根据1滴油酸酒精溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d=,即油酸分子的大小,选项D正确。
3.在做“油膜法估测分子的直径”的实验中,下列操作正确的是
( )
A.将纯油酸直接滴在水面上
B.向量筒中滴1
mL油酸酒精溶液,记下其滴数
C.用试管向水面倒油酸酒精溶液少许
D.在计算油膜面积时,凡是占到方格的一部分的都计入方格的总数
【解析】选B。不能将纯油酸直接滴在水面上,A错;不能用试管向水面倒溶液,应使用滴管,C错;占到方格一半或一半以上面积的计入方格总数,D错;故选B。【补偿训练】
(多选)关于“用油膜法估测分子大小”的实验,下列说法正确的是
( )
A.单分子油膜的厚度被认为是油酸分子的直径
B.实验测量结果表明,分子直径的数量级是10-12
m
C.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.处理数据时将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就算得油酸分子的直径
【解析】选A、C。
分子直径的数量级是10-10
m,故B选项错误;处理数据时是将纯油酸的体积除以油膜面积算得油酸分子的直径,故D选项错误。
4.(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,舍去了所有不足一格的方格
【解析】选A、D。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,会使计算的油酸体积偏小,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一格的方格,计算出的油膜面积偏小,导致计算结果偏大,D正确。
5.在“用油膜法估测油酸分子直径”的实验中,某同学按如下操作:
a.在量筒中滴入一滴已配制好的油酸酒精溶液,测出其体积
b.在装有水、撒适量爽身粉的浅盘中滴入一滴已配制好的溶液,使薄膜形状稳定
c.将玻璃板放在浅盘上,将油膜形状描绘在玻璃板上
d.将玻璃板平放在坐标纸上,计算出油膜的面积,根据油酸体积和面积计算出油酸分子的直径
(1)其中有操作错误的步骤是________。?
(2)已知油酸酒精溶液中油酸体积所占比例为k,N滴油酸溶液体积为V,一滴油酸溶液形成油膜的面积为S,则油酸分子的直径为____________。?
【解析】(1)用量筒测一滴溶液的体积,无法操作,即使测量,误差也很大,要测出一滴油酸酒精溶液的体积,用注射器吸取一定量的油酸酒精溶液,读出体积V,再把它一滴一滴滴入烧杯中,记下总滴数N,然后求出一滴该溶液的体积为V1=,故有操作错误的步骤是a。
(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V2=,一滴油酸酒精溶液形成的油膜面积为S,那么油酸分子直径为d=。
答案:(1)a (2)
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2.实验:用油膜法估测油酸分子的大小
必备知识·素养奠基
【实验目的】
(1)了解油酸分子的结构特点,学会用油膜法估测油酸分子大小。
(2)初步学会用统计的方法求物理量。
序号
器材名称
备注
1
无水酒精
2
油酸若干毫升
3
浅盘1只
30
cm×40
cm
4
注射器(或滴管)1支
5
透明玻璃盖板1块
6
量筒1个
500
mL
7
烧杯1个
8
彩色水笔1支
9
爽身粉(或石膏粉)
带纱网或粉扑
10
坐标纸1张
【实验器材】
【实验原理与设计】
一、实验思路
1.用注射器(或滴管)取1
mL的油酸,向1
mL油酸中加酒精,直至总量达到500
mL
配制成备用_________溶液;用注射器(或滴管)提取1
mL油酸酒精溶液,并测算出
从滴管中滴出一滴油酸酒精溶液的体积,进而算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸
的体积V。
油酸酒精
2.在盛水浅盘中装入约2
cm深的蒸馏水,为便于观测油膜的面积,可在水面上轻
撒一层_______,然后在水面中央滴一滴油酸酒精溶液,于是油酸在水面上迅速散
开,待油膜面积不再扩大时,将_____________盖在浅盘上,用彩色笔描出油膜的
轮廓图(如图甲所示);把绘有油膜轮廓图的透明玻璃盖板放在________上,数出油
膜所占的_____,然后计算出____________;于是,由d=
便可测算出油膜的厚
度。
爽身粉
透明玻璃盖板
方格纸
油膜的面积S
格数
3.油酸在水面上形成单分子层油膜,油酸分子的一端对水有很强的亲和力,被
吸引在水中,另一端对水没有亲和力,便冒出水面。油酸分子都是直立在水中
的,单分子油膜的厚度等于油酸分子的长度。若把分子看成小球(如图乙所示),
油膜的厚度也就等于分子的直径,其数量级为_____m。
10-10
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。
(1)用注射器(或滴管)取1
mL的纯油酸,放入500
mL的量筒中,然后再向量筒内
加无水酒精,直到总量达到500
mL,则油酸酒精溶液的浓度为_____。
(2)用注射器吸取m毫升油酸酒精溶液,再把它一滴一滴地滴入烧杯中,记下液
滴的总滴数N。则1滴油酸酒精溶液的体积为
毫升。
(3)1滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积V=
毫升。?
0.2%
2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S。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,然后,用
注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液,油酸立即在水面散开,形成一块_____。油
膜上没有爽身粉,可以清楚地看出它的轮廓如图。在玻璃板上描下薄膜的形
状。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_______的个数,
不足半个的_____,多于半个的算_____。然后,
把正方形的总个数乘单个正方形的面积就得
到油膜的面积S。如图正方形的总个数为87个。
如果正方形的边长为1
cm,则油膜的面积为_________
m2。
油膜
正方形
一个
8.7×10-3
舍去
关键能力·素养形成
【实验过程】
一、实验步骤
1.取1
mL(1
cm3)的油酸溶于酒精中,制成500
mL的油酸酒精溶液。
2.往边长约为30～40
cm的浅盘中倒入约2
cm深的水,然后将爽身粉或石膏粉均匀地撒在水面上。
3.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,记下液滴总滴数,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.用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液,油酸就在水面
上慢慢散开,形成单分子油膜。
5.待油酸薄膜形状稳定后,将一块较大的玻璃板盖在浅盘上,用彩笔将油酸薄
膜的形状画在玻璃板上。
6.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积。
7.根据油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V,根据纯油酸的体
积V和薄膜的面积S,算出油酸薄膜的厚度d=
,即为油酸分子的直径。
8.比较算出的分子直径,
看其数量级(单位为m)是否为10-10,若不是10-10需重
做实验。
【思考·讨论】
(1)怎样能把油酸分子单层排列呢?
提示:把油酸用酒精稀释,使单位体积内的油酸分子数减少,把油酸酒精溶液滴在水面上后,酒精能迅速溶于水或者蒸发,水面上只有油酸分子,且能单层排列。
(2)该实验中在水面上为什么要用爽身粉?
提示:因为油酸是透明的,油酸酒精溶液滴在水面时,酒精溶于水,油酸形成单分子油膜,如果不用爽身粉,油酸扩散的边缘看不清。
(3)如何计算油酸在水面上的面积呢?
提示:待油膜形状稳定后,用透明玻璃盖板盖在浅盘上,用彩色水笔在透明玻璃盖板上画轮廓,把画有轮廓的透明玻璃盖板放在坐标纸上,以边长1
cm的正方形为单位,计算轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,大于半个的算一个,则油膜的面积S=n×1
cm2(n为有效格数,小方格的边长为1
cm)。
二、数据收集
根据实验步骤记录的数据,完成表格:
实验
次数
量筒内增加1
mL溶液时的滴数
一滴纯油酸的体积V
轮廓
内的
正方
形数
轮廓
面积S
油酸
分子
的直
径/m
平
均
值
1
2
【误差分析】
用油膜法估测分子的直径,实验误差通常来自三个方面:
1.形成单分子油膜:
只有形成单分子油膜,才能用油膜的厚度代表分子的直径,即d=
。要求使用
的酒精的浓度、爽身粉的用量适宜;即使能做到单分子排列,但是油酸分子
(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。
2.油酸的体积V:
用累积法测油酸的体积。先测出m毫升的油酸酒精溶液的滴数,从而计算出一滴油酸酒精溶液的体积,再由油酸酒精溶液的浓度算出纯油酸的体积,这样计算出的体积存在误差。
3.油膜的面积S:
用坐标纸测出形状不规则油膜的面积。数出不规则图形的轮廓包围的正方形个数,计算正方形个数时,不足半个的舍去,多于半个的算一个,正方形边长的单位越小,这种方法求出的面积越精确。
【注意事项】
1.油酸酒精溶液的浓度应小于0.2
%,油酸酒精溶液配制后不要长时间放置,以免改变浓度,产生误差。
2.爽身粉的用量不要太多,否则不易成功,在水面上撒爽身粉时,注意不要触动浅盘中的水。
3.注射器针头高出水面的高度应在1
cm之内。当针头靠水面很近(油酸未滴下之前)时,会发现针头下方的粉层已被排开,是由针头中酒精挥发所致,不影响实验效果。
4.测1滴油酸酒精溶液的体积时,滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数,应多滴几滴,数出对应的毫升数,这样求平均值时误差较小。
5.在有机玻璃板上描绘轮廓时动作轻而迅速,眼睛视线要始终与玻璃垂直。
6.当重做实验时,水从盘的一侧边缘倒出,在这侧边缘会残留油酸,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。
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。
【实验改进】
在做本实验时,把爽身粉均匀撒在水面上是很关键的一步。在实际操作时经常撒得不均匀或撒得过多,因爽身粉不溶于水又不能搅拌,只好重做。可用印刷碳粉代替爽身粉,因为印刷碳粉不溶于水且漂浮在水面上,若撒得太多,可将水和碳粉一起倒出,然后用玻璃棒搅拌,直至碳粉在水面薄且均匀,若撒得不均匀,可直接用玻璃棒搅拌均匀。
类型一 实验操作
【典例1】(2019·全国卷Ⅲ)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________________________________。?
实验研析·素养迁移
【解题探究】
(1)为什么油酸要被稀释,且要求油酸酒精溶液的浓度以小于0.2
%为宜?
提示:由于分子直径非常小,极少量油酸所形成的单分子层油膜面积也会很大,因此实验前需要将油酸稀释,使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜。
(2)怎样求出稀释后一滴油酸酒精溶液内纯油酸的体积?
提示:一滴油酸溶液中纯油酸的体积V=
η(η为油酸酒精溶液的浓度,N为
滴数,V液为N滴油酸酒精溶液的体积)
【解析】稀释的目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜;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,就能得到一滴溶液中纯油酸的体积。为得到油酸分子的直径,我们还需测量出单分子层油膜的面积。
答案:见解析
类型二 数据处理
【典例2】“用油膜法估测分子的大小”的实验的方法及步骤如下:
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爽身
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用注射器吸取一段油酸酒精溶液,由注射器上刻度读取总体积,再把它一滴
一滴地滴入烧杯,记下总滴数,算出一滴油酸酒精溶液体积。
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___________。?
(2)向体积V油=1
mL的油酸中加酒精,直至总量达到V总=500
mL;用注射器吸取
配制好的油酸酒精溶液1
mL,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入n=100滴时,
恰好结束;将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,如图所示,数出轮廓范围
内小方格的个数N,小方格的边长l=20
mm。1滴油酸
酒精溶液中纯油酸的体积V′是________
mL;
油酸分子直径是________
m。?
【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中放水、爽身粉,
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)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V′=
mL=2×10-5
mL;根据大于
半个方格的算一个,小于半个方格的舍去,油膜形状占据的方格数大约为113个,
故面积S=113×20×20
mm2=4.52×104
mm2,油酸分子直径d=
mm
≈4.4×10-7
mm=4.4×10-10
m。
答案:(1)④①②⑤③ (2)2×10-5 4.4×10-10
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1.某种油剂的密度为8×102
kg/m3,若不慎将0.8
kg的这种油剂漏到湖水中并形
成单分子油膜,则湖面受污染面积约为
( )
A.10-3
m2
B.105
m2
C.10
km2
D.10-10
m2
【解析】选C。油滴的体积V=
m3=1×10-3
m3,湖面受污染面积S=
m2=107
m2=10
km2。
2.(多选)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,下列做法正确的是( )
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10-2
mL
B.往浅盘里倒入适量的水,再将爽身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.根据1滴油酸酒精溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度
d=
,即油酸分子的大小
【解析】选B、D。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滴油酸酒精溶液的体积是10-2
mL,含
有油酸的体积小于10-2
mL,选项A错误;往浅盘里倒入适量的水,再将爽身粉或
细石膏粉均匀地撒在水面上,选项B正确;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,待油酸膜形状稳定后,在玻璃板上描下油酸膜的
形状,选项C错误;根据1滴油酸酒精溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可以算
出油膜厚度d=
,即油酸分子的大小,选项D正确。
3.在做“油膜法估测分子的直径”的实验中,下列操作正确的是
( )
A.将纯油酸直接滴在水面上
B.向量筒中滴1
mL油酸酒精溶液,记下其滴数
C.用试管向水面倒油酸酒精溶液少许
D.在计算油膜面积时,凡是占到方格的一部分的都计入方格的总数
【解析】选B。不能将纯油酸直接滴在水面上,A错;不能用试管向水面倒溶液,应使用滴管,C错;占到方格一半或一半以上面积的计入方格总数,D错;故选B。
【补偿训练】
(多选)关于“用油膜法估测分子大小”的实验,下列说法正确的是( )
A.单分子油膜的厚度被认为是油酸分子的直径
B.实验测量结果表明,分子直径的数量级是10-12
m
C.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.处理数据时将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就算得油酸分子的直径
【解析】选A、C。
分子直径的数量级是10-10
m,故B选项错误;处理数据时是将纯油酸的体积除以油膜面积算得油酸分子的直径,故D选项错误。
4.(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,舍去了所有不足一格的方格
【解析】选A、D。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,会使计算的油酸体积偏小,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一格的方格,计算出的油膜面积偏小,导致计算结果偏大,D正确。
5.在“用油膜法估测油酸分子直径”的实验中,某同学按如下操作:
a.在量筒中滴入一滴已配制好的油酸酒精溶液,测出其体积
b.在装有水、撒适量爽身粉的浅盘中滴入一滴已配制好的溶液,使薄膜形状稳定
c.将玻璃板放在浅盘上,将油膜形状描绘在玻璃板上
d.将玻璃板平放在坐标纸上,计算出油膜的面积,根据油酸体积和面积计算出油酸分子的直径
(1)其中有操作错误的步骤是________。?
(2)已知油酸酒精溶液中油酸体积所占比例为k,N滴油酸溶液体积为V,一滴油酸溶液形成油膜的面积为S,则油酸分子的直径为____________。?
【解析】(1)用量筒测一滴溶液的体积,无法操作,即使测量,误差也很大,要测
出一滴油酸酒精溶液的体积,用注射器吸取一定量的油酸酒精溶液,读出体积V,
再把它一滴一滴滴入烧杯中,记下总滴数N,然后求出一滴该溶液的体积为
V1=
,故有操作错误的步骤是a。
(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V2=
,一滴油酸酒精溶液形成的油
膜面积为S,那么油酸分子直径为d=
。
答案:(1)a (2)
