第3講　實(shí)驗(yàn)：用油膜法測分子的大小 講義

1、.第3講實(shí)驗(yàn)：用油膜法測分子的大小見學(xué)生用書P198微知識1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?估測油酸分子的大小。2學(xué)習(xí)間接測量微觀量的原理和方法。微知識2 實(shí)驗(yàn)原理利用油酸的酒精溶液在平靜的水面上形成單分子油膜如下圖，將油酸分子看做球形，測出一定體積油酸溶液在水面上形成的油膜面積，用d計(jì)算出油膜的厚度，其中V為一滴油酸溶液中純油酸的體積，S為油膜面積。這個厚度就近似等于油酸分子的直徑。微知識3 實(shí)驗(yàn)器材盛水淺盤、滴管或注射器、試劑瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、彩筆。微知識4 實(shí)驗(yàn)步驟1用滴管或注射器將油酸酒精溶液滴入量筒，數(shù)出每毫升油酸酒精溶液的滴數(shù)，算出每滴液滴體積的平均值。2把洗干凈的淺盤程

2、度放置，倒入約2 cm深的水。用紗網(wǎng)或粉撲將適量的痱子粉或石膏粉輕輕撒在水面上。3用滴管滴管間隔 水面約1 cm將一滴油酸酒精溶液輕輕滴入水面中央，待油膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描下油酸膜的形狀。4將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，計(jì)算輪廓范圍內(nèi)正方形小方格的個數(shù)缺乏半格的舍去，多于半格的算一個格，估測出油膜的面積，估算油酸分子的直徑。5清洗淺盤，擦去玻璃板上的油膜輪廓線，重復(fù)做2次至3次實(shí)驗(yàn)。微知識5 數(shù)據(jù)處理根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)，完成以下兩個表格內(nèi)容。微知識6 本卷須知1實(shí)驗(yàn)前，必須將所有的實(shí)驗(yàn)用具擦洗干凈。實(shí)驗(yàn)時，汲取油酸、酒精和溶液的移液管要分別專用，不

3、能混用，否那么會增大實(shí)驗(yàn)誤差。2痱子粉和油酸的用量都不可太大，否那么不易成功。3油酸酒精溶液的濃度以小于0.1%為宜，不宜長時間放置。4淺盤中的水離盤口面的間隔 應(yīng)較小，并要程度放置，以便準(zhǔn)確地畫出薄膜的形狀，畫線時視線應(yīng)與板面垂直。5油酸在水面上形成油膜時先擴(kuò)散后收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓。擴(kuò)散后又收縮的原因有兩個：一是水面受液滴沖擊凹陷后又恢復(fù)；二是酒精揮發(fā)后，油膜回縮。6滴油酸酒精溶液的滴口應(yīng)在離水面1 cm之內(nèi)，否那么油膜難于形成。7因?yàn)樗陀退岫际菬o色透明的液體，所以要用痱子粉來顯示油膜的邊界。注意要從盤的中央加痱子粉。由于加粉后水的外表張力系數(shù)變小，水將粉粒拉開，同時粉粒之間又存在著

4、排斥作用，粉會自動擴(kuò)散至均勻。這樣做，比將粉撒在水面上的實(shí)驗(yàn)效果要好；撒痱子粉后，不要再觸動盤中的水。8當(dāng)重做實(shí)驗(yàn)時，水從盤的一側(cè)邊緣倒出，在這側(cè)邊緣會殘留油酸。為防止影響下次實(shí)驗(yàn)時油酸的擴(kuò)散和油膜面積的測量，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去，再用清水沖洗，這樣可保持盤的清潔。9本實(shí)驗(yàn)只要求估算分子的大小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)量級符合要求即可。微知識7 誤差分析1油酸酒精溶液配制后長時間放置，溶液的濃度容易改變，會給實(shí)驗(yàn)帶來較大誤差。2利用小格子數(shù)計(jì)算輪廓面積時，輪廓的不規(guī)那么性容易帶來計(jì)算誤差。為減小誤差，缺乏半個格子的舍去，多于半個格子的算一個。方格邊長的單位越小，計(jì)算出的面積越準(zhǔn)確。3測量量筒內(nèi)溶

5、液增加1 mL的滴數(shù)時，注意正確的觀察方法。4油膜形狀的畫線誤差。一、思維辨析判斷正誤，正確的畫“，錯誤的畫“。1油膜法測分子直徑實(shí)驗(yàn)的原理關(guān)系式為d，其中V指一滴油酸溶液的體積，S指油膜的面積。2用數(shù)格子的方法計(jì)算油膜面積時，多于半格的算一個，少于半格舍去。二、對點(diǎn)微練1實(shí)驗(yàn)原理和操作“用油膜法估測分子的大小實(shí)驗(yàn)的簡要步驟如下：A將畫有油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)缺乏半個的舍去，多于半個的算一個，再根據(jù)方格的邊長求出油膜的面積SB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2 cm深的水D用公式d

6、求出薄膜厚度，即油酸分子的大小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V1上述步驟中有步驟遺漏或步驟不完全，請指出：_。_。2上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是_。解析1C步驟中，要在水面上均勻地撒上細(xì)石膏粉或痱子粉。實(shí)驗(yàn)中，要有步驟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)增加一定體積時的滴數(shù)。2合理順序?yàn)镃FBAED。答案1見解析2CFBAED2數(shù)據(jù)處理在做“用油膜法估測分子的大小的實(shí)驗(yàn)中，將油酸溶于酒精，其濃度為每104 mL溶液中有6 mL油酸。用注射器測得1 mL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

7、在玻璃板上描出油酸的輪廓，再把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀和大小如下圖，坐標(biāo)中正方形方格的邊長為1 cm，求：1油酸膜的面積是多少？2每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？3按以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑。解析1根據(jù)題圖，數(shù)得格子數(shù)為129個，那么油膜面積是S1291 cm2129 cm2。2根據(jù)條件可知，1 mL溶液中有75滴，1滴溶液的體積是 mL。又每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 cm6.21010 m。答案1129 cm228106 mL36.21010 m見學(xué)生用書P199微考點(diǎn)實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處

8、理核|心|微|講本實(shí)驗(yàn)中處理數(shù)據(jù)要注意兩點(diǎn)：一是根據(jù)體積比計(jì)算出一定體積的油酸酒精溶液中純油酸的體積；二是計(jì)算油膜面積時，必須遵循“數(shù)格子法的原那么，即缺乏半個的舍去，多于半個的算一個。典|例|微|探【例】油酸酒精溶液的濃度為每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL，現(xiàn)用滴管向量筒內(nèi)滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液體積增加了1 mL，假設(shè)把一滴這樣的油酸酒精溶液滴入足夠大盛水的淺盤中，由于酒精溶于水，油酸在水面展開，穩(wěn)定后形成的油膜的形狀如下圖。假設(shè)每一小方格的邊長為25 mm，那么：1這種估測方法是將每個油酸分子視為_模型，讓油酸盡可能地在水面上散開，那么形成的油膜可視為_油膜，這

9、層油膜的厚度可視為油酸分子的_。圖中油酸膜的面積為_ m2；每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸體積為_ m3；根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑為_m。結(jié)果均保存兩位有效數(shù)字2某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中，在距水面約2 cm的位置將一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，實(shí)驗(yàn)時觀察到，油膜的面積會先擴(kuò)張后又收縮了一些，這是為什么呢？請寫出你分析的原因：_?！窘忸}導(dǎo)思】1油膜法測分子大小的原理是形成單分子油膜，把每個分子看成球形，那么分子直徑如何表示？答：d，其中V指一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積，S為油膜面積。2油酸在水面上形成油膜時先擴(kuò)散后收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓，為什么？答：有兩個原因：一是水面受液滴沖擊引起

10、；二是酒精揮發(fā)。解析1油膜面積占68小格，面積約為S682525106 m24.3102 m2，一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為V106 m31.21011 m3，油酸分子的直徑約等于油膜的厚度d m2.81010 m。2實(shí)驗(yàn)過程中除了按步驟進(jìn)展操作，還要仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并學(xué)會分析所觀察到的現(xiàn)象。答案1球體單分子直徑431021.210112.810102主要有兩個原因：水面受到落下油滴的沖擊，先陷下后又恢復(fù)程度，因此油膜的面積擴(kuò)張；油酸酒精溶液中的酒精揮發(fā)，使液面收縮題|組|微|練1在“用油膜法估測分子的大小實(shí)驗(yàn)中，用a mL的純油酸配制成b mL的油酸酒精溶液，再用滴管取1 mL油酸酒

11、精溶液，讓其自然滴出，共n滴。如今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S cm2，那么：1估算出油酸分子的直徑大小是_cm。2用油膜法測出油酸分子的直徑后，要測定阿伏伽德羅常數(shù)，還需要知道油滴的_。填選項(xiàng)字母A摩爾質(zhì)量B摩爾體積C質(zhì)量D體積解析1油酸酒精溶液的濃度為，一滴油酸酒精溶液的體積為 mL，一滴油酸酒精溶液含純油酸 mL，那么油酸分子的直徑大小為d cm。2設(shè)一個油酸分子體積為V，那么V3，由NA可知，要測定阿伏伽德羅常數(shù)，還需知道油滴的摩爾體積，故B項(xiàng)正確。答案12B2在“用油膜法估測分子的大小的實(shí)驗(yàn)中，詳細(xì)操作如下：取油酸0.1 mL注入250 mL的容量

12、瓶內(nèi)，然后向瓶中參加酒精，直到液面到達(dá)250 mL的刻度為止，搖動瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液。用滴管汲取制得的溶液逐滴滴入量筒，記錄滴入的滴數(shù)直到量筒到達(dá)1.0 mL為止，恰好共滴了100滴。在邊長約40 cm的淺盤內(nèi)注入約2 cm深的水，將細(xì)石膏粉均勻地撒在水面上，再用滴管汲取油酸酒精溶液，輕輕地向水面滴一滴溶液，酒精揮發(fā)后，油酸在水面上盡可能地散開，形成一層油膜，膜上沒有石膏粉，可以清楚地看出油膜輪廓。待油膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上繪出油膜的形狀。將畫有油膜形狀的玻璃板放在邊長為1.0 cm的方格紙上，算出完好的方格有67個，大于半格的有14個

13、，小于半格的有19個。1這層油膜的厚度可視為油酸分子的_。2利用上述詳細(xì)操作中的有關(guān)數(shù)據(jù)可知一滴油酸酒精溶液含純油酸為_ m3，求得的油膜分子直徑為_ m。結(jié)果保存兩位有效數(shù)字解析1油膜的厚度可視為油酸分子的直徑。2一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積為V mL4.0106 mL4.01012 m3形成油膜的面積S1.06714 cm28.1103 m2油酸分子的直徑d4.91010 m。答案1直徑24.010124.91010見學(xué)生用書P2001在“用油膜法估測分子的大小實(shí)驗(yàn)中，一滴溶液中油酸的體積為V油酸，配制的油酸溶液中，純油酸與溶液體積之比為15 000,1 mL溶液滴25滴，那么1滴溶

14、液的體積是_mL，所以1滴溶液中油酸的體積為V油酸_cm3。假設(shè)實(shí)驗(yàn)中測得結(jié)果如下表所示，請根據(jù)所給數(shù)據(jù)填寫出空白處的數(shù)值，并與公認(rèn)的油酸分子直徑d01.121010 m作比較，判斷此實(shí)驗(yàn)是否符合數(shù)量級的要求：_。填“是或“否解析由題給條件得，1滴溶液的體積V溶液 mL4102 mL，因?yàn)椋?滴溶液中油酸的體積為V油酸V溶液 cm38106 cm3。據(jù)此算得3次測得d的結(jié)果分別為150108 cm,1.62108 cm,1.42108 cm，d的平均值1.511010 m。這與公認(rèn)值的數(shù)量級相吻合，故本次估測數(shù)值符合數(shù)量級的要求。答案410281061.501081.621081.42108

15、1.511010是2在“用油膜法估測分子大小的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室中使用的油酸酒精溶液的濃度為A，N滴溶液的總體積為V。在淺盤中的水面上均勻撒上痱子粉，將一滴溶液滴在水面上，待油膜穩(wěn)定后，在帶有邊長為a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的輪廓，如下圖，測得油膜占有的正方形小格數(shù)為X。1用以上字母表示一滴油酸酒精溶液中的純油酸的體積為_。2油酸分子直徑約為_。解析1由題意可知，一滴油酸酒精溶液中的純油酸的體積為V0。2一滴所形成的油膜的面積為SXa2，所以油膜的厚度，即為油酸分子的直徑為d。答案123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(shí)驗(yàn)中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入標(biāo)注250 mL的溶液。然后用滴管汲取這種溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面到達(dá)量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒的痱子粉的盛水淺盤中滴入2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待薄膜穩(wěn)定后，放在帶有正方形坐標(biāo)格的玻璃板下觀察油膜，如下圖。坐標(biāo)格的正方形大小為2 cm2 cm。由圖可以估算出油膜的面積是_ cm2保存兩位有效數(shù)字，由此估算出油酸分子的直徑是_ m。保存一位有效數(shù)字2如圖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個鐵原子在銅的外表排列成