高中物理第一章分子運動論第二節(jié)測量分子的大小學(xué)案粵教版選修

1、第二節(jié)測量分子的大小 目標定位 1.會用油膜法估測分子的大小.2. 體會通過測量宏觀量估算微觀量的方法一、實驗步驟1用注射器取出已稀釋好的油酸，緩緩?fù)苿踊钊?使其一滴一滴地滴入量筒，記下量筒內(nèi)增1V1，算加一定體積 V 時的滴數(shù) n，算出一滴稀釋油酸的體積V n. 再根據(jù)其中油酸的濃度出一滴油酸中的純油酸體積V V .2在水平放置的淺盤中倒入約2 cm 深的水，然后將痱子粉( 或石膏粉 ) 均勻地撒在水面上，再用注射器將稀釋好的油酸滴一滴在水面上3待油酸薄膜穩(wěn)定后，將塑料蓋板板平放到淺盤上，然后用彩筆將油膜的形狀畫在塑料蓋板上4估算出油膜的面積S( 以塑料蓋板上的正方形為單位，計算輪廓內(nèi)的正

2、方形個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個) V5油膜的厚度d 可看作油酸分子的直徑，即d S. 延伸思考 1實驗中為什么用油酸而不用其他液體？答案 油酸能在水面上形成單分子層油膜， 油酸分子的一端對水有很強的親和力， 被水吸引在水中，另一端對水沒有親和力，便冒出水面，油酸分子都是直立在水面上的，單分子油膜的厚度等于油酸分子的長度若把分子當(dāng)成小球，油膜的厚度也就等于分子的直徑( 如圖所示 ) 1/102實驗中為什么用酒精對油酸進行稀釋？答案用酒精對油酸進行稀釋是為了獲取更小體積的純油酸，這樣更有利于油酸在水面上形成單分子油膜同時酒精易揮發(fā)，不影響測量結(jié)果3實驗中為什么在水面上撒痱子粉？答案撒痱

3、子粉后，便于觀察所形成的油膜的輪廓二、注意事項1油酸稀釋好后，不要長時間放置，以免改變濃度，影響實驗2注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1 cm 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，這是由于針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果3待測油酸液面擴散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓擴散后又收縮有兩個原因：第一，水面受油酸滴沖擊凹陷后又恢復(fù)；第二，酒精揮發(fā)后液面收縮4做完實驗后，把水從盤的一側(cè)邊緣倒出，并用少量酒精清洗，然后用脫脂棉擦去，最后用水沖洗，以保持盤的清潔三、誤差分析1稀釋油酸的實際濃度和理論值間存在偏差；2一滴稀釋油酸的實際體積和理論值間存在偏差；3油酸在水面

4、上的實際分布情況和理想中的“均勻”、“單分子純油酸層”間存在偏差；4采用“互補法” ( 即不足半個的舍去，多于半個的算一個) 計算獲得的油膜面積與實際的油膜面積間存在偏差一、實驗原理及步驟例 1用油膜法估測油酸分子的大小，實驗器材有：濃度為0.05%( 體積分數(shù) ) 的油酸酒精溶液、最小刻度0.1 mL 的量筒、盛有適量清水的45 cm×50 cm 淺盤、痱子粉、橡皮頭滴管、玻璃板、彩筆、坐標紙(1) 下面是實驗步驟，請?zhí)顚懰钡牟襟EC.A用滴管將濃度為0.05%油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下滴入1 mL 油酸酒精溶液時的滴數(shù)NB將痱子粉均勻地撒在淺盤內(nèi)水面上，用滴管吸取濃度

5、為0.05%的油酸酒精溶液，從低處向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足夠大的面積又不與器壁接觸為止，記下滴入的滴數(shù) n2/10C _D將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，以坐標紙上邊長為1 cm 的正方形為單位，計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，算出油酸薄膜的面積S cm2(2) 用已給的和測得的物理量表示單個油膜分子的直徑大小為_ cm.0.05%n答案(1) 見解析(2)NS解析(1) 由步驟 D 可知，步驟 C應(yīng)該是： 將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將油酸薄膜的形狀畫在玻璃板上V 1×10 6×0.05%× n(2) dSNS×10 4 m0.05%

6、20.05%nNS n×10mNScm.例 2 ( 多選 ) 油膜法粗略測定分子直徑的實驗基礎(chǔ)是 ( ) A把油酸分子視為球形，其直徑即為油膜的厚度B讓油酸在水面上充分散開，形成單分子油膜C油酸分子的直徑等于滴到水面上的油酸酒精溶液的體積除以油膜的面積D油酸分子直徑的數(shù)量級是1015 m答案AB解析油酸在水面上形成單分子油膜，將油酸分子視為球形，其分子直徑即為膜的厚度，它等于滴在水面上的純油酸的體積除以油膜的面積，而酒精已溶于水或揮發(fā)， 故 A、B 對，C 錯油酸分子直徑的數(shù)量級為10 10 m，故 D 錯二、實驗數(shù)據(jù)處理例 3在做“用油膜法估測分子的大小”實驗中，油酸酒精溶液的濃度

7、為104 mL溶液中有純油酸 6 mL. 用注射器測得1 mL 上述溶液中有液滴50 滴把1 滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待油膜形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描出油膜的輪廓，然后把玻璃板放在坐標紙上，其形狀如圖1 所示，坐標紙中正方形小方格的邊長為20 mm.圖 1(1) 油膜的面積是多少？(2) 每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？(3) 根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑答案 (1)2.32 ×10 2 m2(2)1.2 ×10 11 m33/10(3)5.2×1010m解析(1) 用互補法數(shù)出在油膜輪廓范圍內(nèi)的格子數(shù)( 面積大于半個方格的算

8、一個，不足半個的舍去 ) 為 58 個，油膜面積約為 S58×(0.02) 2m2 2.3 2×10 2 m2.(2) 因為 501 mL，且能求出溶液中含純油酸的濃度為6滴油酸酒精溶液的體積為 104，故每滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積為0V14mL1.2 ×10113V n 50×6×10m .01.2 ×1011V(3) 把油膜的厚度視為油酸分子的直徑，可估算出油酸分子的直徑為D S 2.32 ×10 2m5.2 ×10 10 m.針對訓(xùn)練某同學(xué)在進行“用油膜法估測分子的大小”的實驗前，查閱數(shù)據(jù)手冊得知：油酸

9、的摩爾質(zhì)量 M0.283 kg·mol 13 3，密度 0.895 ×10kg·m. 若 100 滴油酸的體積為 1 mL，則 1 滴油酸所能形成的單分子油膜的面積約是多大？( 取A6.02 ×10 23 mol 1，球的體積VN13與直徑 D的關(guān)系為 V D，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案10 m 2解析一個油酸分子的體積V0M，由球的體積與直徑的關(guān)系得分子直徑D36M，NA NA1 638310 8 m32一滴油酸的體積為 100×10m 10m ，則面積SD，解得： S 10 m .油酸在水面上形成單分子油膜實驗原理：V油膜厚度： d S測量

10、分子的大小實驗器材：稀釋油酸、注射器等實驗步驟：灑痱子粉、滴油酸、畫形狀、數(shù)格子、算面積注意事項誤差分析1 ( 實驗原理及步驟) 利用油膜法估測分子的大小，需要測量的物理量是()A一滴油酸酒精溶液中純油酸的質(zhì)量和它的密度B一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積和它的密度4/10C一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積和它散成油膜的最大面積D所形成油膜的厚度和它的密度答案CV解析用油膜法估測分子直徑時，所用的計算公式是d S，式中 V、 S 分別表示一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積和它散成單分子油膜的面積2 ( 實驗原理及步驟) 為了減小“用油膜法估測分子的大小”的誤差，下列方法可行的是()A用注射器取 1 mL

11、 配制好的油酸酒精溶液，共可滴N滴，則每滴中含有油酸1mLNB把淺盤水平放置，在淺盤里倒入一些水，使水面離盤口距離小一些C先在淺盤中撒些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液多滴幾滴在水面上D用牙簽把水面上的油膜盡量撥弄成矩形答案B1解析N mL 是一滴油酸酒精溶液的體積，乘以其中油酸的濃度才是油酸的體積，A 項錯； B項的做法是正確的；多滴幾滴能夠使測量形成油膜的油酸體積更精確些，但多滴以后會使油膜面積增大，可能使油膜這個不規(guī)則形狀的一部分與淺盤的壁相接觸，這樣油膜就不是單分子油膜了，故C 項錯； D 項中的做法沒有必要，并且牙簽上沾有油酸，會使油酸體積測量誤差增大3. ( 實驗數(shù)據(jù)處理 ) 在“

12、用油膜法估測分子的大小”的實驗中，在玻璃板上描出油膜的輪廓，然后把玻璃板放在坐標紙上，其形狀如圖2 所示，坐標紙上正方形小方格的邊長為10 mm，該油膜的面積是 _ m2，若一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是4×10 6mL，則油酸分子的直徑是 _ m.圖 2答案8×10 35×10 10解析正方形小方格的個數(shù)約為80 個，油膜的面積為：S80×10223m2mm8×10V124×10 10油酸分子的直徑為： dS8×10 3 m5×10m.5/104 ( 實驗數(shù)據(jù)處理 ) 將 1 mL的純油酸配成500 mL的

13、油酸酒精溶液，待均勻溶解后，用滴管取1 mL油酸酒精溶液，讓其自然滴出，共200 滴，則每滴油酸酒精溶液的體積為_ mL.現(xiàn)在讓其中一滴落到盛水的淺盤內(nèi)，待油膜充分展開后，測得油膜的面積為200 cm 2，則估算油酸分子的直徑是_m.答案 0.005 5×10 10解析 1 mL的純油酸配成500 mL的油酸酒精溶液，溶液的體積百分比濃度是1 ，一滴溶液5001 mL1 113的體積是 V 200 0.005 mL ，一滴溶液所含油酸的體積V0500×0.005 mL 10m，所 V0 11以油酸分子的直徑10 4m5×10 10 m.dS200×101

14、 ( 多選 ) 用油膜法估測分子的大小時，采用的理想化條件是()A把在水面上盡可能充分散開的油膜視為單分子油膜B把形成單分子油膜的分子看作緊密排列的球形分子C把油膜視為單分子油膜，但需考慮分子間隙D將單分子視為立方體模型答案AB解析由用油膜法估測分子的大小的實驗可知，將體積為V 的油酸滴在水面上，形成面積為VS 的油膜，由此可以估算出油酸分子的直徑為d S，這顯然是將油膜視為單分子層，將油酸V分子視為球形且認為分子是緊密排列的，公式dS中，并沒有將分子間隙所占體積除外所以，本題的正確選項應(yīng)為A、 B.2用油膜法估測分子的大小的實驗中，下列操作正確的是()A將純油酸直接滴在水面上B向量筒中滴10

15、0 滴油酸酒精溶液，讀出其體積C用試管向水面倒油酸溶液少許D計算油膜面積時，凡是占到方格的一部分的都計入方格的總數(shù)答案B解析油酸應(yīng)先稀釋成油酸酒精溶液，然后取一滴溶液滴在淺盤里，目的是形成單分子油膜，故 A、C 錯誤， B 對；計算油膜面積時應(yīng)把占到方格一半以上的作為一個，少于半個的忽略，故 D錯3某同學(xué)在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，計算結(jié)果明顯偏大，可能是由于 ()6/10A油酸未完全散開B油酸中含有大量的酒精C計算油膜面積時不足1 格的全部按 1 格計算D求每滴溶液的體積時，1 mL 的溶液的滴數(shù)多記了10 滴答案 A解析油酸分子直徑VV取大了或S取小了，油酸未完全散. 計算結(jié)果明

16、顯偏大，可能是dS開，所測 S 偏小， d 偏大， A 正確；油酸中含有大量的酒精，不影響結(jié)果，B 錯誤；若計算油膜面積時不足 1 格的全部按1 格計算，使 S變大， d 變小， C錯誤；若求每滴溶液的體積時，1 mL 的溶液的滴數(shù)多記了10 滴，使 V 變小， d 變小， D 錯誤4把體積為 V1(mL) 的油酸倒入適量的酒精中，稀釋成V2(mL) 的油酸酒精溶液，測出1 mL 油酸酒精溶液共有 N滴；取一滴溶液滴入水中，最終在水中形成面積為S(cm2) 的單分子層油膜，則該油酸分子的直徑大約為()VNV12A. NV2S mB. V1S mVV21C. NV1S cmD. NV2S cm答

17、案DVVV11解析一滴溶液中純油酸的體積VNV2，由 d S得 d NV2S( 注意單位 ) 5( 多選 ) 在用油膜法估測分子的大小的實驗中，若已知油滴的摩爾質(zhì)量為M，密度為 ，油滴質(zhì)量為m，油滴在水面上擴散后的最大面積為S，阿伏加德羅常數(shù)為NA，以上各量均采用國際單位，那么()MA油滴分子直徑d SmB油滴分子直徑d SMC油滴所含分子數(shù)N NAmmD油滴所含分子數(shù)N NAM答案BD解析用油膜法測分子直徑， 認為油膜的厚度就為分子直徑，油滴的質(zhì)量為 m，最大面積為 S，則油滴的體積為Vmmm，油滴分子直徑為 d，選項 A 錯， B 對；油滴的物質(zhì)的量為，油SM滴所含分子數(shù)為mAN N，選項

18、 C 錯， D 對M7/106“用油膜法估測分子的大小”實驗的簡要步驟如下：A數(shù)出畫有油膜輪廓的塑料板輪廓內(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，將帶有方格的透明塑料板放在淺盤上，用彩筆將薄膜的形狀描繪在玻璃板上；C用淺盤裝入約2 cm 深的水；VD用公式 dS，求出薄膜厚度，即油酸分子的大??；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.上述步驟中有遺漏或不完全的，請指出：(1)_(2)_上述實驗步驟的合理順序是_ 答案(1) 在步驟 C 中，要在水面上灑上痱子粉或石膏粉(2) 實

19、驗時，還需要F：用注射器或滴管將溶液一滴一滴地滴入量筒，記下1 mL溶液的滴數(shù)實驗步驟的合理順序是：FCBAED.解析在滴入油酸酒精溶液之前，應(yīng)將痱子粉或石膏粉均勻地撒在水面上，這樣可以清楚地看出油酸的輪廓，另外，在實驗過程中，必須記下一滴油酸溶液的體積7. 在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，(1) 某同學(xué)操作步驟如下：取一定量的無水酒精和油酸，配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；在淺盤內(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；在淺盤上覆蓋透明玻璃，描出油膜形狀，用透明方格紙估測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0.1

20、%，一滴溶液的體積為 4.8 ×10 4mL，其形成的油膜面積為 40 cm2，則估測出油酸分子的直徑為 _ m.答案(1) 應(yīng)在量筒中滴入N滴溶液，計算得出一滴溶液的體積應(yīng)在水面上先撒上痱子粉(2)1.210×10解析(1) 在量筒中直接測量一滴油酸酒精溶液體積誤差太大，應(yīng)先用累積法測出N滴溶液體積，再算出一滴溶液的體積油酸在水面上形成的油膜形狀不易觀察，可在水面上撒上痱子粉， 再滴油酸酒精溶液，穩(wěn)定后就呈現(xiàn)出清晰輪廓(2) 一滴油酸酒精溶液中純油酸的體 4V4.8 ×10 4×103×106 10積 V4.8 ×10×0

21、.1% mL， d S40×10 4m1.2 ×10m.8/108“用油膜法估測分子的大小”的實驗方法及步驟如下：向體積 V 油 1 mL 的油酸中加酒精，直至總量達到V 總 500 mL；用注射器吸取中配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，當(dāng)?shù)稳?n 100滴時，測得其體積恰好是V0 1 mL；選往邊長為30 40 cm 的淺盤里倒入2 cm 深的水，然后將_均勻的撒在水面上；用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準備好的玻璃板放在淺盤上，并在玻璃板上描下油酸膜的形狀；將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，如圖 1 所示， 數(shù)出輪廓范圍內(nèi)小方格的個數(shù)N，小方格的邊長l 20 mm.圖 1