2012届高考物理实验 用油膜法估测分子的大小复习

【要求】
1．知道本实验的原理及所需要的器材，了解实验注意的事项。
2．会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积。
3．会估算分子直径大小，处理好实验数据。
【知识再现】
一、实验原理
油酸分子C17H33COOH由 和
两部分构成．其中 对水有很强的亲和力，当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，使油酸分子一个挨一个排列，可形成 ．如果油酸分子可以大致看做球形，油膜的厚度就是分子直径，如图所示．
因此，事先测出一滴油酸的体积V，再测出该滴酸在水面上尽可能散开时油膜的面积S，就可算出油酸分子的直径 。
二、实验器材
浅盘、痱子粉、注射器、 、有机玻璃板、彩笔、坐标纸、铅笔及油酸溶液．
三、实验步骤
1．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(如1 ml)时的滴数．
2．先往边长约为30～40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上，再用注射器或滴管将油酸酒精溶液滴在水面上 滴，待油酸薄膜的形状稳定后，将事先准备好的有机玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上．
3．将画有油酸薄膜轮廓的有机玻璃板放在 上，算出油酸薄膜的面积S．(求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓所围正方形的个数)
4．根据油酸酒精溶液的浓度，算出1滴溶液中纯油酸的体积V，由d＝ 求出油酸分子的直径d．
知识点一实验设计的技巧
本实验以10?2m数量级的测量来估计10?10m数量级的分子大小，这个实验中有独特的设计技巧．
1．三种液体的选择
为什么要选择这三种液体?首先，油酸、酒精、水具有不同的溶解性，油酸易溶入酒精而不溶入水，酒精易溶入水，所以，可以使油酸溶入酒精制成油酸酒精溶液，而将溶液滴入水中时，由于酒精易溶入水，这样，在水面上的就只有油酸了．其次，油酸分子由两部分组成，一部分C17H33是不饱和烃具有憎水性，而另一部分是一COOH对水有很强的亲和力．这样，当油酸在水面上时其中C17H33一部分露出水面，另一部分COOH则漫在水中，油酸分子直立在水面上．所以，能形成一个单分子层油膜．另外，酒精具有易挥发性，而油酸不挥发，当油酸酒精溶液滴到水面上时，酒精不但溶于水中而且挥发到空气中，而只有油酸留在了水面上．
2．滴到水面上的油酸体积很小
实验中如何保证滴到水面上的油酸体积很小，使油酸在水面上形成的油膜面积不要太大．实验中采用的办法是：首先，这里只是滴上一滴溶液而不是用量筒量多少倒在水面上，为了测量一滴溶液体积，测量多少滴油酸酒精溶液的体积为多大，从而得到一滴油酸酒精溶液的体积．另外，实验中不是把纯油酸滴到水面上，而是把浓度很低的油酸酒精溶液滴到水面上，这样滴到水面上的油酸体积就足够小了．
【应用1】在用油膜法测量分子的大小的实验中，下列说法正确的是( )
A．油酸可以用汽油代替，因为汽油也不溶入水而能溶入酒精
B．可以直接用量筒量取一定的油酸酒精溶液倒在水盘中
C．可以用汽油代替酒精，因为油酸能溶入汽油
D．不溶入水的各种油不一定能在较短时间内在水面上形成单分子油膜
导示: 不可以用汽油代替油酸，因为油酸分子由两部分组成，一部分C17H33是不饱和烃具有憎水性，而另一部分是一COOH对水有很强的亲和力，而汽油则不可替代，A错。直接用量筒量取一定的油酸酒精溶液倒在水盘中，油酸的量太大，实验不能成功，B错。虽然油酸能溶入汽油，但汽油却不能溶入水，所以不可以用汽油代替酒精，C错。不溶入水的各种油不一定能在较短时间内在水面上形成单分子油膜，而油酸却能很快在水面上形成单分子油层，D正确。故选D。
知识点二实验注意事项
1．酒精油酸溶液配制好后，不要长时间放置，以免浓度改变，影响实验．
2．酒精油酸溶液的浓度应小于1/1000为宜．
3．痱子粉的用量不要大大，否则不易成功．
4．滴管胶头高出水面应在1 cm之内，否则油膜难以形成．
5．要待油膜形状稳定后，再画轮廓．
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，然后用脱脂棉擦去，最后用水冲洗，以保持盘的清洁．
【应用2】下面是某同学在用油膜法测分子大小的实验过程中的一些操作，其中正确的是 ( )
A．在水盘中洒上痱子粉后，用滴管把一滴油酸滴入水盘中
B．滴入油酸时注射针头离水面约10 cm高
C．向水盘中加水时一直加到水平面接近水盘边缘
D．水盘中加入水后立即洒上痱子粉，并立即滴上油酸酒精溶液
导示: 在水盘中洒上痱子粉后，用滴管把一滴油酸酒精溶液滴入水盘中，而不是油酸，A错。滴入油酸时注射针头离水面不能太高，大约1cm左右，B错。向水盘中加水时要一直加到水平面接近水盘边缘，以便于描绘油膜轮廓，C正确。水盘中加入水后，要让水面平静后再洒上痱子粉，稳定后再滴上油酸酒精溶液，D错。故选C。
实验过程中的注意事项，要在实验中引起重视，这是保证实验成功的关键。
知识点三实验数据处理
1．油酸体积的计算
如果知道油酸酒精溶液浓度为P，测量出N滴油酸酒精溶液的体积为V，那么1滴油酸酒精溶液中含有的油酸体积为V1．
2．数格子的方法
这是估测不规则形状面积的一种方法：将一玻璃板放在不规则面积的上方，在玻璃板上画出不规则图形的轮廓，然后将其放在坐标纸上，数出不规则图形的轮廓包围的方格数．计算方格数时，不足半个格子的舍去，多于半个格子的算一个，方格边长的单位越小，这种方法求出的面积越精确．
【应用3】在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入标注250mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250mL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1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子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，如图所示。坐标格的正方形的大小为2cm×2cm。由图可以估算出油膜的面积是＿＿＿＿＿m2（保留两位有效数字）由此估算出油酸分子的直径是 m（保留一位有效数字）
导示: 数出方格数为57格（注意：数格时，大于半格的算一格，不足半格的不计入），可估算出膜的面积是S=2.3×10-2m2[(2.3±0.2)×10-2m2算对]。滴入水中的油酸体积为：V=2×0.25×10-6/（250×100）=2×10-11m3。所以估算出油酸分子的直径是d=V/S=9×10-10m。
1．某液体的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA如果把液体分子看成球形，则液体分子的直径为( )
2．用油膜法测定油分子的直径的实验中，体积为V的油滴，在水面上形成近似圆形的单分子油膜，油膜的直径为D，则测得油分子的直径大约为( )
3．某同学在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，计算结果偏大，可能是由于( )
A．油酸未完全散开
B．油酸中含有大量酒精
C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
D．求每滴体积时，1mL的溶液的滴数多计了10滴
4．为了利用油膜法测分子直径，将1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液。已知1cm3溶液有50滴，现取1滴油酸酒精溶液滴酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一单分子层，已测出这一薄层的面只为0.2m2，以下分析正确的是（ ）
A.该实验测得油酸分子的直径约为1×10－7m
B.该实验测得油酸分子的直径约为5×10－4m
C.该实验测得油酸分子的直径约为5×10－10m
D.若已知油酸的摩尔体积，则依据本实验的测量结果还可以计算出阿佛伽德罗常数
5．在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，下列所给步骤的合理顺序为 。
A．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．
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后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上．
C．用浅盘装入约2 cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撤在水面上．
D．用公式 求出薄膜厚度，即油酸分子的直径．
E．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．
F．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人量筒，记下溶液的滴数n与量筒中增加的溶液体积Vo．
6．利用油膜法可以粗略测出阿伏加德罗常数，把密度ρ＝0.8×103kg／m3的某种油，用滴管滴出一滴滴在水面上形成油膜，已知这滴油的体积为V＝0.5×10?3cm3，形成的油膜面积为S＝0.7 m2，油的摩尔质量M0＝0.09 kg／mo1．若把油膜看成是单分子层，每个油分子看成球形，那么：
(1)油分子的直径是多少?
(2)由以上数据可精确测出阿伏加德罗常数NA是多少?（只要求保留一位有效数字）。
7.在做用油膜法估测分子大小的实验中，已知实验室中使用的酒精油酸溶液的体积浓度为n,，又用滴管测得每N滴这种酒精油酸的总体积为V,，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上(如右图)测得油膜占有的小正方形个数为m。
⑴用以上字母表示油酸分子的大小d。
⑵从右图中数得油膜占有的小正方形个数为m=______。
参考答案：
1．A 2．A 3．AC 4．CD
5．CFBAED(其中步骤E在F和D之间均可)
6．（1）油分子的直径是：
（2）这种油的摩尔摩尔体积为：
阿伏加德罗常数为：


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