【物理】2018届一轮复习人教版实验：用油膜法估测分子直径大小学案

【物理】2018届一轮复习人教版实验：用油膜法估测分子直径大小学案

‎ ‎ 用油膜法估测分子直径的大小 ‎1．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，如图所示。‎ ‎2．计算：如果测出油酸的体积为V，单分子油膜的面积为S，则油酸分子的直径d=。‎ ‎3．分子大小：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。‎ ‎4．油膜法测分子直径 ‎（1）实验步骤 ‎①在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀撒在水面上。‎ ‎②用注射器往小量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液，记下滴入的滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积V0。‎ ‎③将一滴油酸溶液滴在浅盘的液面上。‎ ‎④待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃放在浅盘上，用水彩笔（或钢笔）画出油酸薄膜的形状。‎ ‎⑤将玻璃放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S；或者玻璃板上有直径为1 cm的方格，则也可通过数方格数，算出油酸薄膜的面积S。‎ ‎⑥根据已配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。‎ ‎⑦计算油酸薄膜的厚度d=，即为油酸分子直径的大小 ‎（2）注意事项 ‎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。‎ ‎③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。‎ ‎④痱子粉不宜撒得过厚，油酸酒精溶液的浓度以小于为宜。‎ ‎⑤向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成。‎ ‎5．数据处理 计算方法：‎ ‎（1）一滴油酸溶液的平均体积 ‎（2）一滴油酸溶液中含纯油酸的体积 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）‎ ‎6．几点说明 ‎（1）酒精油酸溶液配制后长时间放置，溶液的浓度容易改变，会给实验带来较大误差。‎ ‎（2）利用小格子数计算轮廓面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。为减小误差，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，计算出的面积越精确。‎ ‎（3）测量量筒内溶液增加1 mL的滴数时，体积观测不准确会带来很大误差，注意正确的读取体积的方法，应选用内径小的量筒。‎ ‎（4）油膜形状的画线不准会带来误差。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 在用油膜法估测分子的大小的实验中，具体操作如下：‎ ‎①取油酸1.0 mL注入250 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250 mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液；‎ ‎②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.0 mL为止，恰好共滴了100滴；‎ ‎③在边长约40 cm的浅水盘内注入约2 cm深的水，将细石膏粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有石膏粉，可以清楚地看出油膜轮廓；‎ ‎④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状；‎ ‎⑤将画有油膜形状的玻璃板放在边长为1.0 cm的方格纸上，算出完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个。‎ 利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸为________m3，油膜面积为________m2，求得的油膜分子直径为________m。（结果全部取2位有效数字）‎ ‎【参考答案】 ‎ ‎【详细解析】油酸酒精溶液的浓度为，一滴溶液的体积为，则一滴油酸酒精溶液含纯油酸为；油膜的面积；油膜分子直径为。‎ ‎ ‎ ‎1．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 ‎【答案】ABC ‎ ‎ ‎2．在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的试验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每溶液中有纯油酸6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液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，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓形状，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标中正方形方格的边长为1 cm。试求：‎ ‎ ‎ ‎（1）油酸膜的面积是 cm2。‎ ‎（2）每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 mL。‎ ‎（3）按以上实验数据估测出油酸分子直径为 m。（结果保留1位有效数字）‎ ‎【答案】（1）148 （2）8×10-6 （3）5×10-10‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎1．采用油膜法估测分子的直径，先将油酸分子看成球形分子，再把油膜看成单分子油膜，在实验时假设分子间没有间隙。实验操作时需要测量的物理量是 A．1滴油酸的质量和它的密度 B．1滴油酸的体积和它的密度 C．油酸散成油膜的面积和油酸的密度 D．1滴油酸的体积和它散成油膜的最大面积 ‎2．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用a ml纯油酸配制成b ml的油酸酒精溶液，现已测得一滴溶液c ml，将一滴溶液滴入水中，油膜充分展开后面积为S cm2，估算油酸分子的直径大小为 A． B．‎ C． D．‎ ‎3．某同学做“用油膜法估测分子大小”的实验时，在边长约30 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉均匀的撒在水面上，用注射器滴一滴 （选填“纯油酸”“油酸水溶液”或“油酸酒精溶液”）在水面上。稳定后，在玻璃板上描下油膜的轮廓，放到坐标纸上估算出油膜的面积。实验中若撒的痱子粉过多，则计算得到的油酸分子的直径偏 （选填“大”或“小”）。‎ ‎4．利用油膜法可粗略测量分子的大小和阿伏加德罗常数。若已知n滴油的总体积为V，一滴油所形成的单分子油膜的面积为S，这种油的摩尔质量为μ，密度为ρ。则可求出一个油分子的直径d= ；阿伏加德罗常数NA= 。‎ ‎5．在粗测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：‎ ‎①取油酸1.00 mL注入250 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250 mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液。‎ ‎②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.00 mL为止，恰好共滴了100滴。‎ ‎③在水盘内注入蒸馏水，静置后用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一油膜。‎ ‎④测得此油膜面积为3.60×102 cm2。‎ ‎（1）这种粗测方法是将每个分子视为______，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜面积可视为______，这层油膜的厚度可视为油分子的______。‎ ‎（2）利用数据可求得油酸分子的直径为______m。（结果保留2位有效数字）‎ ‎6．（1）某同学在用油膜法估测分子直径实验中，计算结果明显偏大，可能是由于 ‎ A．油酸未完全散开 B．油酸中含有大量的酒精 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，l mL的溶液的滴数误多记了10滴 ‎（2）在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸1 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有200滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油酸膜的近似轮廓如图所示，图中正方形小方格的边长为1 cm，则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 mL，油酸膜的面积是 cm2。根据上述数据，估测出油酸分子的直径是 m。‎ ‎7．油酸酒精溶液的浓度为每1 000mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1 mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大的盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的纯油膜的形状如图所示。若每一小方格的边长为25 mm，试问：这种估测方法是将每个油酸分子视为 模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油酸可视为 油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的 。上图中油酸膜的面积为 m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是 m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是 m。（结果保留两位有效数字）‎ ‎ ‎ ‎8．利用“油膜法估测分子直径”实验体现了构建分子模型的物理思想，也体现了通过对宏观量的测量来实现对微观量的间接测量方法。‎ ‎ ‎ ‎（1）某同学的操作步骤如下：‎ A．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；‎ B．在量筒中滴入一滴油酸酒精溶液，测出它的体积；‎ C．向浅水盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上；‎ D．将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜；‎ E．在浅水盘上覆盖带方格的透明玻璃板，描出油膜形状，算出油膜的面积S。‎ 上述实验步骤中，操作错误的一项是_______‎ ‎（填字母代号）；该同学最后应用公式d =正确地估算出油酸分子的直径d ，公式中V代表的是 ____________________________。‎ ‎（2）某同学在玻璃板上描出油膜的边界线，如右图所示，已知玻璃板上的小方格边长为1 cm，则油膜占有的面积约为___________cm2。‎ ‎9．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1 000 mL溶液中有纯油酸0. 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，图中正方形方格的边长为1 cm，试求：‎ ‎（1）油酸膜的面积是 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？ 。‎ ‎ ‎ ‎10．在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：‎ A．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定；‎ B．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；‎ ‎ C．往浅盘里倒入约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；‎ D．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；‎ E．根据一滴溶液中纯油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子直径。‎ ‎（1）以上各实验步骤中正确的顺序是________（填写步骤前面的字母）。‎ ‎（2）实验中所用的油酸酒精溶液的体积百分比浓度为0.05%，每滴溶液的体积为0.02 mL，描出油酸膜边缘轮廓如图所示。已知玻璃板上正方形小方格的边长为1 cm，则油酸膜的面积约为________m2（保留两位有效数字）。由以上数据，可估算出油酸分子的直径为________m（保留两位有效数字）。‎ ‎ ‎ ‎11．（1）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，已经准备的器材有：油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔，要完成本实验，还欠缺的器材有______________________。‎ ‎（2）在用油膜法粗测分子直径的实验中，在哪些方面作了理想化的假设_______；实验中滴在水面的是酒精油酸溶液而不是纯油酸，且只能滴一滴，这是因为_____________________________ ；在将酒精油酸溶液滴向水面前，要先在水面上均匀撒些痱子粉，这样做是因为_____________________________。‎ ‎ ‎ a b c d ‎（3）图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的 4个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是______________（用符号表示）。‎ ‎12．在做用油膜法估测分子大小的实验中，酒精油酸溶液的浓度约为每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_______cm2‎ ‎（2）每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积为________cm3‎ ‎（3）按以上实验数据估测出油酸分子的直径___________m。‎ ‎（4）某同学在实验过程中，在距水面约2 cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？请写出你分析的原因： ___________________________。‎ ‎13．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，按照油酸与酒精的体积比为m:n配制油酸酒精溶液，用注射器滴取该溶液，测得k滴溶液的总体积为V，将一滴溶液滴入浅盘，稳定后将油酸膜轮廓描绘在坐标纸上，如图所示。已知坐标纸上每个小正方形的边长为a。‎ ‎（1）求油膜面积；‎ ‎（2）估算油酸分子的直径。‎ ‎ ‎ ‎1．D【解析】根据实验原理：油酸分子是紧密排列的，在水面上形成单分子油膜，用纯油酸的体积除以油膜面积得出的油膜面积厚度，即为油酸分子直径，所以需要测量的量有纯油酸的体积和纯油酸在水面上形成油膜的面积，D正确。‎ ‎2．A【解析】纯油酸体积为，油膜面积为S，油酸分子直径，故A正确。‎ ‎3．油酸酒精溶液 大 ‎【解析】此实验所用的液体是油酸酒精溶液；实验中若撒的痱子粉过多，则会使得油膜不能在水面上散成最大面积，则计算得到的油酸分子的直径偏大。‎ ‎4． ‎ ‎【解析】每滴油的体积为，油膜的面积为S，则油分子直径；1‎ 摩尔油的体积为，则1摩尔油所含的分子数，即阿伏伽德罗常数为：=。‎ ‎ ‎ 油酸分子直径为 ‎6．（1）AC （2）5×10-6 40 1.25×10-9‎ ‎【解析】（1）计算油酸分子直径时要用到d=，油酸未完全散开，S偏小，故直径偏大，选项A正确；计算时利用的是纯油酸的体积，如果含有大量的酒精，则油酸的实际体积偏小，则直径偏小，选项B错误；计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，S偏小，故直径偏大，选项C正确；求每滴体积时，l mL的溶液的滴数误多记了10滴，由V0=可知，体积偏小，则直径偏小，选项D错误。‎ ‎（2）1滴酒精油酸溶液中含油酸的体积V=mL=5×10﹣6 mL。由于每格边长为1 cm，则每一格就是1 cm2，估算油膜面积以超过半格以一格计算，小于半格就舍去的原则，估算出油酸为40格。则油酸薄膜面积为40 cm2；分子的直径d==1.25×10﹣9 m。‎ ‎7．球体 单分子 直径 4.4×10﹣2 1.2×10﹣11 2.7×10﹣10‎ ‎【解析】这种估测方法是将每个分子视为球体模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油分子的直径。油膜的面积可从方格纸上得到，所围成的方格中，面积超过一半按一半算，小于一半的舍去，图中共有70个方格，故油膜面积为：S=70×25 mm×25 mm=43 750 mm2=4.4×10﹣2 ‎ m2，每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是：V=×10﹣6×m3=1.2×10﹣11 m3。油酸分子的直径：d==2.7×10﹣10 m。‎ ‎ ‎ ‎（2）不足半个的舍去，多于半个的算一个，从图中数得油膜占有的小正方形个数为60，1个小方格的面积，油膜的面积。‎ ‎9．（1）115（113~115都对） （2）6.5×10-10（6.5×10-10~6.6×10-10都对） （3）这样做的目的是让油膜在水面上形成单分子薄膜 ‎【解析】（1）由图示可知，油膜占115个方格，油膜的面积S=1 cm×1 cm×115=115 cm2‎ ‎（2）一滴溶液中含纯油的体积，油酸分子的直径。‎ ‎（3）当油酸溶液滴在水面后，尽可能散开，形成单分子膜，这样才能得出油酸分子直径。‎ ‎【名师点睛】此题考查了用油膜法测分子直径的实验；求油膜面积时要注意，不到半个格的要舍去，超过半个格的算一个格，数出油膜轮廓的格数，然后乘以每一个格的面积得到油膜的面积；求油酸的体积时要注意，求的是纯油的体积，不是溶液的体积。 ‎ ‎10．（1）CADBE （2）1.1×10－2 9.1×10－10‎ ‎【解析】（1）“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：准备浅水盘（C）→形成油膜（A）→描绘油膜边缘（D）→测量油膜面积（B）→计算分子直径（E），故正确的顺序为：CADBE。‎ ‎（2）油酸膜的面积约为： ‎ 油酸分子的直径。‎ ‎11．（1）量筒、痱子粉、坐标纸 （2）将油膜看成单分子，将油分子看成球形，认为油酸分子是一个紧挨一个的 纯油酸粘滞力较大，直接测量体积时误差太大 ‎ ‎ 使酒精可以迅速分散，且油酸聚集均匀 （3）dacb ‎（2）本实验中做了三点理想化假设，其中两点是油酸分子视为球形；油酸分子是紧挨在一起的，且将油膜看成单分子膜。实验中滴在水面的是油酸酒精溶液而不是纯油酸，且只能滴一滴，这是因为纯油酸粘滞力较大，直接测量体积时误差太大；在滴入油滴之前，要先在水面上均匀撒上痱子粉，这样做的目的是使酒精可以迅速分散，且油酸聚集均匀，油膜边界清晰，便于描绘油膜形状 ‎（3）“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制酒精油酸溶液→测定一滴酒精油酸溶液的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径。很显然，在实验的步骤中，是“将1滴此溶液滴在有痱子粉的浅盘里的水面上，等待形状稳定”，因此操作先后顺序排列应是dacb。‎ ‎12．（1）106 （2）8×10－6 cm3 （3）7.5×10－10 m （4）主要有两个原因：①水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积先扩张后又收缩；②油酸酒精溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，使液面收缩 ‎【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 ‎ cm≈7.5×10－8 cm=7.5×10－10 m。‎ ‎ （4）主要有两个原因：①水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积先扩张后又收缩；②油酸酒精溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，使液面收缩 ‎13．31a2 ‎ ‎【解析】（1）估算油膜面积时以超过半格以一格计算，小于半格就舍去的原则，估算出31格 则油酸薄膜面积为S=31a2。‎ ‎（2）根据公式V油酸=dS，可得d=。‎ ‎【名师点睛】误差分析 ‎（1）油酸酒精溶液的实际浓度和理论值间存在偏差；（2）一滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差；（3）油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏差；（4）采用“互补法（即不足半个舍去，大于半个的算一个）”计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差。‎