1、第2节学生实验：用油膜法估测油酸分子的大小一、实验目的用油膜法估测分子的大小二、实验原理把一滴油酸(油酸的分子式为C17H33COOH)滴到水面上，油酸的一个分子可以看成由两部分组成，一部分是C17H33，另一部分是COOH，COOH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，油酸就在水面上散开，(其中的酒精溶于水中并很快挥发)在水面上形成一层纯油酸薄膜，其中C17H33部分冒出水面，而COOH部分留在水中，油酸分子直立在水面上，形成一个单分子层油膜，如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可认为等于油酸分子的直径，如图所示是单分子油膜侧面的示意图，如果事先测出油酸液滴的体积V，
2、再测出油膜的面积S，就可以估算出油酸分子的直径三、实验器材量筒，注射器，浅盘，油酸酒精溶液，玻璃板，坐标纸，痱子粉或滑石粉，细彩笔，水四、实验步骤1用注射器吸入一定体积(如1 mL)事先配制好的油酸的酒精溶液，再均匀地滴出，记下滴出的滴数，即可算出一滴油酸酒精溶液的体积V0.2在边长约3040 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉或滑石粉均匀地撒在水面上，用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待其散开3当油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板轻放在浅盘上，用细彩笔仔细地把油酸膜的形状画在玻璃板上4将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，用数学的方法估算出油膜的面积S.5根据油酸酒
3、精溶液的浓度和已测出的一滴油酸酒精溶液的体积V0，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V.6用公式D(D为油酸分子直径)，计算得到油酸分子的大小五、数据处理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VV油酸溶液的体积比.3油膜的面积Sn1 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)六、注意事项1油酸酒精溶液配制好后，不要长时间放置，以免造成溶液浓度改变，产生误差油酸酒精溶液的浓度以小于0.001为宜2实验之前应练习好滴定方法，注射器针头高出水面的高度应在1 cm之内3待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓扩散后又收缩有两个原因：第一
4、，水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩4当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦拭，再用清水冲洗，这样做可保持盘的清洁5从盘的中央加痱子粉或细石膏粉，粉自动扩散至均匀，这是由于以下两种因素所致：第一，加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开；第二，粉粒之间的排斥这样做比将粉撒在水面上的效果好6本实验只要求估算分子大小，实验结果数量级符合要求即可实验原理及步骤掌握“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的步骤和该实验中的注意事项在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，(1)某同学操作步骤如下：取一定量的无水酒精和油酸，配制成一定浓度
5、的油酸酒精溶液；在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；在浅盘内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；在浅盘上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸估测油膜的面积改正其中的错误：_.(2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.1%，一滴溶液的体积为4.8104 mL，其形成的油膜面积为40 cm2，则估测出油酸分子的直径为_ m.解析(1)在量筒中直接测量一滴油酸酒精溶液体积误差太大，应先用累积法测出N滴溶液体积，再算出一滴溶液的体积油酸在水面上形成的油膜形状不易观察，可在水面上撒上痱子粉，再滴油酸酒精溶液，稳定后就呈现出清晰轮廓(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V4.81040.1%
6、mL，d m1.21010 m.答案(1)应在量筒中滴入N滴溶液，计算得出一滴溶液的体积应在水面上先撒上痱子粉(2)1.210101.“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下：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D用公式d求出薄膜厚度，即油酸分子的大小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.(1)上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完全，请指出：_(2)上述
7、实验步骤的合理顺序是_解析：(1)C步骤中，要在水面上均匀地撒上石膏粉或痱子粉实验中，要有步骤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入量筒，记下量筒内增加一定体积时的滴数(2)合理顺序为CFBAED答案：(1)见解析(2)CFBAED实验数据处理利用单分子油膜法可以粗略测定分子的大小和阿伏伽德罗常量，如果已知体积为V的一个油滴在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，求这种油分子的直径表达式在做用油膜法估测分子大小的实验中，油酸酒精的浓度约为每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
8、，用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，坐标中正方形方格的边长为1 cm.试求：(1)油酸膜的面积是多少；(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积；(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径解析(1)由题图知，其中正方形方格87个，补偿法近似处理，可补19个整小方格，实际占小方格87个19个106个，那么油膜面积S1061 cm2106 cm2.(2)由1 mL溶液中有75滴，1滴溶液的体积为 mL，又每104 mL溶液中有纯油酸6 mL， mL溶液中纯油酸的体积V mL8106 mL.(3)油酸分子直径D cm7.5108 cm7.51010 m.答案(1
9、)106 cm2(2)8106 mL(3)7.51010 m估测分子大小的解题技巧(1)首先要准确计算出纯油酸的体积V.(2)其次计算出油膜的面积S.(3)最后利用公式D求出的数值就是分子直径的大小 2.油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL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，稳定后形成的油膜的形状如图所示若每一小方格的边长为25 mm，试问：(1)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，则形成的油膜可视为_油膜，这层油
10、膜的厚度可视为油酸分子的_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)(2)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：_.解析：油膜面积约占70小格，面积约为S702525106 m24.4102 m2，一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V106 m31.21011 m3，油酸分子的直径约等于油膜的厚度 d m2.71010 m.答案：(1)球体单分子直径4.41021210112.71
11、010 (2)主要有两个原因：水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积扩张；油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩随堂检测1(多选)关于“用油膜法估测分子大小”的实验，下列说法正确的是() A单分子油膜的厚度被认为是油分子的直径 B实验测量结果表明，分子直径的数量级是1012 m C实验时先将痱子粉均匀洒在水面上，再把一滴油酸酒精溶液滴在水面上 D处理数据时将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就算得油酸分子的直径解析：选AC. 分子直径的数量级是1010 m，故B选项错误；处理数据时是将纯油酸的体积除以油膜面积就算得油酸分子的直径，故D选项错误2把体积V1(mL)的油酸倒入适量
12、的酒精中，稀释成V2(mL)的油酸酒精溶液，测出1 mL油酸酒精溶液共有N滴；取一滴溶液滴入水中，最终在水中形成面积为S(cm2)的单分子层油膜，则该油酸分子的直径大约为()A. mB. mC. cm D. cm解析：选D.一滴溶液中纯油酸的体积V，由d得d(注意单位)3(多选)一滴油酸酒精溶液含质量为m的纯油酸，滴在液面上扩散后形成的最大面积为S.已知纯油酸的摩尔质量为M、密度为，阿伏伽德罗常量为NA，下列表达式正确的有()A油酸分子的直径dB油酸分子的直径dC一滴油酸所含的分子数nNAD一滴油酸所含的分子数nNA解析：选BC.设油酸分子的直径为d，则有dSd，故选项B正确；设油酸所含的分子
13、数为n，则有nNA，故选项C正确4“用油膜法估测分子的大小”的实验的方法及步骤如下：向体积V油1 mL的油酸中加酒精，直至总量达到V总500 mL；用注射器吸取中配制好的酒精油酸溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n100滴时，测得其体积恰好是V01 mL; 先往边长为30 40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水，然后将_均匀地撒在水面上；用注射器往水面上滴一滴酒精油酸溶液，待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜的形状；将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，数出轮廓范围内小方格的个数N，小方格的边长l20 mm.根据以上信息，回答下列问题：(1
14、)步骤_；(2)1滴酒精油酸溶液中纯油酸的体积V是_mL；(3)油酸分子直径是_m.解析：(1)为了显示单分子油膜的形状，需要在水面上撒痱子粉或石膏粉(2)1滴酒精油酸溶液中纯油酸的体积V mL2105 mL.(3)根据大于半个方格的算一个，小于半个方格的舍去，油膜形状占据的方格数大约为113个，故面积S1132020 mm24.52104 mm2，油酸分子直径d mm4.4107 mm4.41010 m.答案：(1)痱子粉或石膏粉(2)2105(3)4.410105某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前，查阅数据手册得知：油酸的摩尔质量M0.283 kgmol1，密度0.895103
15、 kgm3.若100滴油酸的体积为1 mL，则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少？解析：一个油酸分子的体积 V由球的体积与直径的关系得分子直径D 最大面积 S，解得S1101 m2.答案：1101 m2课时作业 一、单项选择题1采用油膜法估测分子的直径，需要测量的物理量是()A1滴油的质量和它的密度B1滴油的体积和它的密度C1滴油的体积和它散成油膜的最大面积D所散成的油膜的厚度和它的密度答案：C2在做“油膜法估测分子的直径”的实验中，下列操作正确的是 () A将纯油酸直接滴在水面上 B向量筒中滴1 mL酒精油酸溶液，记下其滴数 C用试管向水面倒酒精油酸溶液少许 D在计算油膜面积时，凡是
16、占到方格的一部分的都计入方格的总数解析：选B.不能将纯油酸直接滴在水面上，A错；不能用试管向水面倒溶液，应使用滴管，C错；占到方格一半或一半以上面积的计入方格总数，D错；故选B. 3某种油剂的密度为8102 kg/m3，若不慎将0.8 kg的这种油剂漏到湖水中并形成单分子油膜，则湖面受污染面积约为()A103 m2 B105 m2C10 km2 D1010 m2解析：选C.油滴的体积V m31103 m3，湖面受污染面积S m2107 m210 km2.4若已知n滴油的总体积为V，一滴油形成的油膜面积为S，这种油的摩尔质量为M，密度为，则每个油分子的直径d和阿伏伽德罗常量NA分别为()A.，
17、B.，C.， D.，解析：选A.一滴油的体积为，所以d；油的摩尔体积为Vm，一个油分子的体积为V0d3，所以阿伏伽德罗常量NA，故选A.二、多项选择题5油膜法粗略测定分子直径的实验基础是()A把油酸分子视为球形，其直径即为油膜的厚度B让油酸在水面上充分散开，形成单分子油膜C油酸分子的直径等于滴到水面上的油酸体积除以油膜的面积D油酸分子直径的数量级是1015 m解析：选ABC.油酸分子可视为球形，油膜的厚度可看成分子直径，油酸分子可看成一个挨一个排列，油滴扩展为油膜时体积不变，即VSd.6为了尽可能准确地估测出油膜分子的大小，下列哪些措施是可行的()A油酸浓度适当大一些B油酸浓度适当小一些C油酸
18、扩散后立即绘出轮廓图D油酸扩散并待其收缩稳定后再绘出轮廓图答案：BD7某学生在“用油膜法估测分子的大小”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求每滴溶液体积时，1 mL溶液的滴数错误地多记了10滴解析：选AC.计算结果偏大，由公式d知，是V的测量值偏大或S的测量值偏小油酸未完全散开，会引起油膜面积S的测量值偏小，故d偏大，A选项正确；油酸中含有的酒精会溶于水并很快挥发，故B选项不影响计算结果；计算油膜面积时，不足半格的舍去，多于半格的应算一个，若舍去了所有不足一格的方格，会造成S测量值偏小，故d偏大，C选项正确；
19、多记了滴数会引起V的测量值偏小，故d偏小，D选项错误三、非选择题8在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，现有按体积比为nm配制好的油酸酒精溶液置于容器中，还有一个盛有约2 cm深水的浅盘，一支滴管，一个量筒请补充下述估测分子大小的实验步骤：(1)_(需测量的物理量自己用字母表示)(2)用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘，等油酸薄膜稳定后，将薄膜轮廓描绘在坐标纸上，如图所示(已知坐标纸上每个小方格面积为S，求油膜面积时半个以上方格面积记为S，不足半个的舍去)则油膜面积为_(3)估算油酸分子直径的表达式为d_.解析：(1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液，读其体积为V.(2)利用补偿法，可查得面积
20、为8S.(3)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V，油膜面积S8S，由d，得d.答案：(1)见解析(2)8S(3)9在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：往边长约为40 cm的浅盘里倒入约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用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定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，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积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
21、完成下列填空：(1)上述步骤中，正确的顺序是_(填写步骤前面的数字)(2)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2.由此估算出油酸分子的直径为_m(结果保留1位有效数字)解析：(1)实验操作开始之前要先配制油酸酒精溶液，确定每一滴溶液中含有纯油酸的体积，所以步骤放在首位实验操作时要在浅盘放水、痱子粉，为油膜形成创造条件，然后是滴入油酸、测量油膜面积，计算油膜厚度(即油酸分子直径)，所以接下来的步骤是.(2)油酸溶液的体积百分比浓度是，一滴溶液的体积是 cm32108
22、 m3，所以分子直径d m51010 m.答案：(1)(2)5101010为保护环境和生态平衡，在各种生产活动中都应严禁污染水源在某一水库中，一艘年久失修的快艇在水面上违规快速行驶，速度为8 m/s，导致油箱突然破裂，柴油迅速流入水中，从漏油开始到船员堵住漏油处共用1.5分钟测量时，漏出的油已在水面上形成宽约为a100 m的长方形厚油层已知快艇匀速运动，漏出油的体积V1.44103 m3.求：(1)该厚油层的平均厚度D为多少？(2)该厚油层的厚度D约为分子直径d的多少倍？(已知油分子的直径约为1010 m)解析：(1)油层长度Lvt890 m720 m油层厚度D m2108 m.(2)n200(倍)答案：(1)2108 m(2)200
