2019年高考物理一輪復(fù)習(xí)第十三章熱學(xué)實驗十三用油膜法估測分子的大小學(xué)案.docVIP

實驗十三用油膜法估測分子的大小1實驗原理實驗采用使油酸在水面上形成一層單分子油膜的方法估測分子的大小當(dāng)把一滴用酒精稀釋過的油酸滴在水面上時，油酸就在水面上散開，其中的酒精溶于水，并很快揮發(fā)，在水面上形成如圖1甲所示形狀的一層純油酸薄膜如果算出一定體積的油酸在水面上形成的單分子油膜的面積，即可算出油酸分子的大小用V表示一滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積，用S表示單分子油膜的面積，用d表示分子的直徑，如圖乙所示，則d.圖12實驗器材盛水淺盤、注射器(或滴管)、容量瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉(或細石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩筆3實驗步驟(1)用稀酒精溶液及清水清洗淺盤，充分洗去油污、粉塵，以免給實驗帶來誤差(2)配制油酸酒精溶液，取純油酸1mL，注入500mL的容量瓶中，然后向容量瓶內(nèi)注入酒精，直到液面達到500mL刻度線為止，搖動容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中，這樣就得到了500mL含1mL純油酸的油酸酒精溶液(3)用注射器(或滴管)將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并記下量筒內(nèi)增加一定體積Vn時的滴數(shù)n.(4)根據(jù)V0算出每滴油酸酒精溶液的體積V0.(5)向淺盤里倒入約2cm深的水，并將痱子粉或細石膏粉均勻地撒在水面上(6)用注射器(或滴管)將一滴油酸酒精溶液滴在水面上(7)待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，并將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上(8)將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S(求面積時以坐標(biāo)紙上邊長為1cm的正方形為單位計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個)(9)根據(jù)油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V，并代入公式d算出油酸薄膜的厚度d.(10)重復(fù)以上實驗步驟，多測幾次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即為油酸分子的大小1數(shù)據(jù)處理根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)，完成以下表格內(nèi)容.實驗次數(shù)量筒內(nèi)增加1mL溶液時的滴數(shù)輪廓內(nèi)的小格子數(shù)輪廓面積S1234實驗次數(shù)一滴純油酸的體積V分子的大小(m)平均值12342.注意事項(1)注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1cm之內(nèi)，當(dāng)針頭靠水面很近(油酸未滴下之前)時，會發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開，這是針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果(2)待測油酸薄膜擴散后又會收縮，要在油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后再畫輪廓擴散后又收縮有兩個原因：水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復(fù)；酒精揮發(fā)后液面收縮(3)當(dāng)重做實驗時，將水從淺盤的一側(cè)邊緣倒出，在這側(cè)邊緣會殘留油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去再用清水沖洗，這樣做可保持淺盤的清潔(4)本實驗只要求估測分子的大小，實驗結(jié)果的數(shù)量級符合要求即可命題點一教材原型實驗例1在用單分子油膜估測分子大小的實驗中，(1)某同學(xué)計算出的結(jié)果明顯偏大，可能是由于()A油酸未完全散開B油酸中含有大量酒精C計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格D求每滴溶液中純油酸的體積時，1mL溶液的滴數(shù)多記了10滴(2)在做實驗時，油酸酒精溶液的濃度為每1000mL溶液中有純油酸1mL，用注射器測得1mL上述溶液有200滴，把一滴該溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，測得油膜的近似輪廓如圖2所示圖中正方形小方格的邊長為1cm，根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑是_nm.圖2答案(1)AC(2)0.4解析(1)分子直徑d，計算出的結(jié)果明顯偏大，若油酸未完全散開，面積減小，直徑偏大，A正確；若油酸中含有大量酒精，會使油膜面積偏大，直徑偏小，B錯誤；若計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格，會使油膜面積偏小，直徑偏大，C正確；求每滴溶液中純油酸的體積時，1 mL溶液的滴數(shù)多記了10滴，會使液滴體積變小，直徑偏小，D錯誤(2)油酸酒精溶液的濃度為，一滴溶液中含有純油酸的體積為 mL，形成油膜約占125個小格，即S125104 m2，則油酸分子的直徑d41010 m0.4 nm.1“用油膜法估測分子的大小”實驗的簡要步驟如下：A將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，數(shù)出輪廓內(nèi)的方格數(shù)(不足半個的舍去，多于半個的算一個)，再根據(jù)方格的邊長求出油酸膜的面積S.B將一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將薄膜的形狀描畫在玻璃板上C用淺盤裝入約2cm深的水D用公式d，求出薄膜厚度，即油酸分子直徑的大小E根據(jù)油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V.上述步驟中有步驟遺漏或不完整的，請指出：(1)_(2)_上述實驗步驟的合理順序是_某同學(xué)實驗中最終得到的計算結(jié)果和大多數(shù)同學(xué)的比較，數(shù)據(jù)偏大，對出現(xiàn)這種結(jié)果的原因，下列說法中可能正確的是_A錯誤地將油酸酒精溶液的體積直接作為油酸的體積進行計算B計算油酸膜面積時，錯將不完整的方格作為完整方格處理C計算油酸膜面積時，只數(shù)了完整的方格數(shù)D水面上痱子粉撒得較多，油酸膜沒有充分展開答案見解析解析(1)C步驟中，要在水面上撒上痱子粉或細石膏粉(2)實驗時，還需要：F.用注射器或滴管將事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，記下量筒內(nèi)增加一定體積時液滴的數(shù)目實驗步驟的合理順序是CFBAED.由d可知，測量結(jié)果偏大有兩個原因，一是體積比正常值偏大，二是面積比正常值偏小，故正確的說法是A、C、D.2在“用單分子油膜估測分子大小”實驗中，(1)取一定量的無水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液；在量筒中滴入一滴該溶液，測出它的體積；在蒸發(fā)皿內(nèi)盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散開穩(wěn)定；在蒸發(fā)皿上覆蓋透明玻璃，描出油膜形狀，用透明方格紙測量油膜的面積改正其中的錯誤：_.(2)若油酸酒精溶液體積濃度為0.10%，一滴溶液的體積為4.8103mL，其形成的油膜面積為80cm2，則估測出油酸分子的直徑為_m.答案(1)見解析(2)6.01010解析(1)由于一滴溶液的體積太小，直接測量時相對誤差太大，應(yīng)用微小量累積法減小測量誤差，故可在量筒內(nèi)滴入N滴該溶液，測出它的體積液面上不撒痱子粉或細石膏粉時，滴入的油酸酒精溶液在酒精揮發(fā)后剩余的油膜不能形成一塊完整的油膜，故應(yīng)先在液面上撒痱子粉或細石膏粉(2)由油膜的體積等于一滴油酸酒精溶液內(nèi)純油酸的體積可得d m6.01010 m.3在做“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，將油酸溶于酒精，其濃度為每104mL溶液中有6mL油酸用注射器測得1mL上述溶液有75滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆在玻璃板上描出油酸膜的輪廓，再把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀和大小如圖3所示，坐標(biāo)中正方形方格的邊長為1cm，試求：圖3(1)油酸膜的面積是_；(2)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是_；(3)按以上實驗數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑是_答案(1)131cm2(2)8106mL(3)6.11010m解析(1)根據(jù)題圖，數(shù)得格子數(shù)(多于半個的算一個，不足半個的舍去)為131個，那么油膜面積是S1311 cm2131 cm2.(2)根據(jù)已知條件可知，1 mL溶液中有75滴，1滴溶液的體積是mL.又已知每104 mL溶液中有純油酸6 mL，一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積是V mL8106 mL.(3)油酸分子的直徑為d cm6.11010 m.命題點二實驗拓展創(chuàng)新例2測量分子大小的方法有很多，如油膜法、顯微法(1)在“用油膜法估測分子大小”的實驗中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入標(biāo)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這種溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面達到量筒中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淺盤中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜穩(wěn)定后，放在帶有正方形坐標(biāo)格的玻璃板下觀察油膜，如圖4甲所示坐標(biāo)中每個小正方形方格的大小為2cm2cm.由圖可以估算出油膜的面積是_cm2，由此估算出油酸分子的直徑是_m(保留一位有效數(shù)字)圖4(2)如圖乙是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個“量子圍欄”的照片這個量子圍欄是由48個鐵原子在銅的表面排列成直徑為1.43108m的圓周而組成的由此可以估算出鐵原子的直徑約為_m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)25681010(2)9.41010