1、第2节科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小实验目标1.理解分子模型，知道分子直径的数量级。2.学会用油膜法估测分子大小。3.能够对实验数据进行处理，掌握“互补法”计算油膜面积。一、实验原理1由于分子十分微小，用肉眼无法观察，直接测量分子的大小是不现实的。但我们可寻找一种间接的方法测量，通过测量宏观量来测量微观量。2如果把分子简化为球形，并认为它们紧密排布，那么就可以认为单分子油膜的厚度等于油酸分子的直径，如图所示。3实验中可以粗略地认为，油膜的厚度d等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与它在水面上摊开的面积S之比，即d。二、实验器材酒精稀释的油酸、清水、量筒、浅盘、注射器、玻璃板、爽身粉、彩色
2、笔、坐标纸。三、实验步骤1在浅盘中倒入约2 cm深的水，将爽身粉均匀撒在水面上。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将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上。4待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用水彩笔画出油酸薄膜的形状。5将玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S；或者玻璃板上有边长为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，算出一滴油酸酒精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。四、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
3、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爽身粉不宜撒得过厚，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，否则油膜轮廓难以形成。五、数据分析计算方法：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(代入数据时注意统一单位)
4、。 类型一实验原理与操作【典例1】某实验小组进行“用油膜法估测油酸分子的大小”实验探究。(1)在该实验中，采用的理想化假设是_。A将油膜看成单分子层油膜B不考虑各油酸分子间的间隙C不考虑各油酸分子间的相互作用力(2)在该实验中做法正确的是_。A用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，若100滴溶液的体积是1 mL，则1滴溶液中含有油酸102 mLB用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，同时将玻璃板放在浅盘上，并立即在玻璃板上描下油酸膜的形状C将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓范围内正方形的个数，并求得油膜的面积D根据1滴油酸酒精溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可
5、以算出油膜厚度d，即油膜分子的直径解析(1)用油膜法估测分子大小的实验中，分子直径是根据体积与面积之比求出的，所以需将油膜看成单分子层油膜，不考虑各油酸分子间的间隙，故选AB。(2)实验中用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，若100滴溶液的体积是1 mL，则1滴油酸酒精溶液的体积是102 mL，含有纯油酸的体积小于102 mL，A错误；用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，同时将玻璃板放在浅盘上，待油酸在液面上分布均匀并稳定后，在玻璃板上描下油酸膜的形状，B错误；将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓范围内正方形的个数，并求得油膜的面积，C正确；根据1滴油酸酒精
6、溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d，即油酸分子的直径，D正确。答案(1)AB(2)CD 类型二数据处理与误差分析【典例2】测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法等。甲乙(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，取0.25 mL油酸溶于酒精，制成250 mL的油酸酒精溶液。然后用滴管吸取一些油酸酒精溶液，一滴一滴地向小量筒中滴入100滴溶液，此时液面恰好达到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配制好的油酸酒精溶液，向撒有爽身粉的盛水浅盘中滴入2滴油酸酒精溶液，在水面上形成油膜，待油膜稳定后，将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上并描下油膜的形状，如图甲所示。小方格的边长为2 cm
7、。由图可以估算出油膜的面积是_cm2，由此估算出油酸分子的直径是_m(结果保留一位有效数字)。(2)通过查找资料，得知油酸分子的直径为4.61010 m，则造成实验结果偏差的原因可能是_。A爽身粉撒得过多B勾画油膜形状时面积圈大了C计算1滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL溶液的滴数多计了几滴D在滴入量筒之前，配置好的油酸酒精溶液在空气中搁置了较长时间(3)如图乙所示是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43108 m的圆周而组成的。由此可以估算出铁原子的直径约为_m(结果保留两位有效数字)。解析(1)由题图甲可知，油膜的面积S642
8、 cm2 cm256 cm22滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V22105 mL则油酸分子的直径d81010 m。(2)由(1)知，实验测得的油酸分子直径偏大，根据d可知，实验测得的V偏大或S偏小。水面上爽身粉撒得过多，油膜没有充分展开，则测量的油膜面积S偏小，导致计算结果偏大，故A正确；若勾画油膜形状时面积圈大了，则测量的油膜面积S偏大，会导致计算结果偏小，故B错误；计算1滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL溶液的滴数多计了几滴，则计算时所用体积数值偏小，会导致计算结果偏小，故C错误；滴入量筒之前，配制好的油酸酒精溶液在空气中搁置了较长时间，酒精挥发使溶液的浓度变大，则1滴油酸酒精溶液中所含纯油
9、酸的体积变大，会导致计算结果偏大，故D正确。(3)48个铁原子组成一个圆周，圆周的周长等于48个铁原子直径之和，则铁原子的直径d m9.41010 m。答案(1)25681010(2)AD(3)9.41010油膜法估测分子大小的解题思路(1)首先要按比例关系计算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。(2)其次采用“互补法”计算出油膜的面积S。(3)最后利用公式d求出分子的直径。(4)计算时注意单位要统一。1(2020北京八中高二月考)在“用油膜法估测分子直径”的实验中，某同学配置好油酸酒精溶液，并测出一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为V，之后又进行了下列操作，其中错误的一项是_；其余正确操作的
10、合理顺序是_。A将一滴纯油酸滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜B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将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S，再根据d估算出油酸分子直径E将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上解析A项是错误操作，一滴纯油酸含有的油酸分子数量太大了，如果将一滴纯油酸滴到水面上，形成的油膜太厚不能形成单分子油膜，因此测量的厚度也不是分子直径，A错误；根据实验原理，可知顺序为CBED。答案ACBED2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
11、骤如下：取一定量的酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液。在量筒中滴入1滴该溶液，测出它的体积。在浅盘内盛一定量的水，再滴入1滴溶液，待其散开稳定。在浅盘上覆盖玻璃板，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜面积。请指出错误或有遗漏的步骤，并改正其错误：错误的步骤是_，应为：_；有遗漏的步骤是_，应为：_。(2)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1滴溶液c mL，将1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_cm。解析(1)错误的步骤是，应为：要测出1滴油酸酒精溶液的体积，即在量筒中滴入50滴溶液，测出它的体积；有遗漏的步骤是，应为：为了使
12、油酸散开后轮廓比较清晰，要在水面上先撒上痱子粉。(2)据题得，油酸酒精溶液的浓度为，1滴油酸酒精溶液的体积为c mL，1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V mL则油酸分子的直径为d cm cm。答案(1)在量筒中滴入50滴溶液，测出它的体积在水面上先撒上痱子粉(2)3在“用油膜法估测分子的大小”实验中，(1)该实验中的理想化假设是()A将油膜看成单分子层油膜B不考虑各油酸分子间的间隙C不考虑各油酸分子间的相互作用力D将油酸分子看成球形(2)实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是()A可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓B对油酸溶液起到稀释作用C有助于测量一滴油酸的体积D有助于油酸的颜色
13、更透明便于识别(3)某老师为本实验配制油酸酒精溶液，实验室配备的器材有：面积为0.22 m2的蒸发皿、滴管、量筒(50滴溶液滴入量筒体积约为1毫升)、纯油酸和无水酒精若干。已知分子直径数量级为1010 m，则该老师配制的油酸酒精溶液浓度(油酸与油酸酒精溶液的体积比)至多为_(保留两位有效数字)。解析(1)计算分子直径是根据体积与面积之比，所以需将油膜看成单分子层油膜，不考虑各油酸分子间的间隙，将油酸分子看成球形，故选ABD。(2)实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是对油酸起到稀释作用，酒精稀释油酸是为了进一步减小油酸的面密度，使油酸分子尽可能的少在竖直方向上重叠，更能保证其形成单层分
14、子油膜，也就是为了减小系统误差。故选B。(3)根据题意可知，形成的油膜的面积不能超过蒸发皿的面积，当油膜面积等于蒸发皿的面积时此时油酸浓度最大，一滴油酸的体积为VdS1010 m0.22 m22.21011 m3一滴酒精油酸溶液的体积为V0 cm32108 m3因此油酸的浓度为1.1。答案(1)ABD(2)B(3)1.14利用油膜法估测油酸分子的直径，实验器材有：浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、分度值为0.1 mL的量筒、盛有适量清水的4550 cm2的浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、玻璃管、彩笔、坐标纸。(1)下面是实验步骤，请填写所缺的步骤C。A用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液
15、一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1 mL油酸酒精溶液时的滴数N；B将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n；C_；D将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，数得轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S。(2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的直径为_(单位：cm)。解析(1)待油酸薄膜稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。(2)每滴油酸酒精溶液的体积为 cm3n滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为V0.05%所以单个油酸分子的直径为。答案(1)见解析(2)