1、热学第十二章实验十三 用油膜法估测分子的大小主干梳理 对点激活 1了解本实验的实验原理及所需要的器材，了解实验的注意事项。2会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积。3会计算分子的大小，正确处理实验数据。如图所示，测出一滴油酸酒精溶液在水面上形成的单分子油膜面积，将油酸分子看成球形，用 dVS计算出油膜的厚度，其中 V 为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S 为油膜面积，这个厚度 d 就是油酸分子的直径。清水、酒精、油酸、量筒、浅盘(边长约 3040 cm)、注射器(或滴管)、玻璃板(或有机玻璃板)、彩笔、痱子粉(或石膏粉)、坐标纸、容量瓶(500 mL)。1用稀酒精溶液及清水清洗
2、浅盘，充分洗去油污、粉尘，以免给实验带来误差。2配制油酸酒精溶液，取油酸 1 mL，注入 500 mL 的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到 500 mL 刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分在酒精中溶解，这样就得到了 500 mL 含 1 mL 纯油酸的油酸酒精溶液。3用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积 VN 时的滴数 N。4根据 V0VNN 算出每滴油酸酒精溶液的体积 V0。5向浅盘里倒入约 2 cm 深的水，并将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上。6用注射器或滴管在水面上滴一滴油酸酒精溶液。7待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板(或有机玻璃板)放
3、在浅盘上，并用彩笔在玻璃板上描画出油酸薄膜的形状。1将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为 1 cm 的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)。2根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴溶液中纯油酸的体积 V，并代入公式 dVS算出油酸薄膜的厚度 d。3重复实验，多测几次油酸薄膜的厚度，求平均值，即为油酸分子的直径大小。产生原因减小办法偶然误差：(1)油酸酒精溶液配制后长时间放置，溶液的浓度改变，会给实验带来较大误差(2)利用小格子数计算油膜轮廓面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差(3)测量量筒内溶液增加 1 mL
4、 的滴数时，体积观测不准确会带来误差(4)油膜轮廓的画线不准会带来误差(1)为减小浓度的变化，可将配好的溶液密封(2)计算轮廓范围内小格子个数时，不足半个格子的舍去，大于等于半个格子的算一个。方格边长的单位越小，计算出的面积越精确(3)选用内径小的量筒，读数时平视(4)画图时图线轮廓边缘清晰产生原因减小办法系统误差：将油酸分子看成球形且紧密排列，忽略了分子间隙1油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免浓度改变，产生误差。2注射器针头高出水面的高度应在 1 cm 之内，当针头靠水面很近(油酸酒精溶液未滴下)时，会发现针头下方的粉层已被排开，这是由于针头中酒精挥发所致，不影响实验效果。3实验之前要训
5、练好滴法。4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冲击凹陷后又恢复，二是酒精挥发后液面收缩。5当重做实验时，水从浅盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持浅盘的清洁。6从浅盘的中央加痱子粉，使粉自动扩散至均匀，这是由以下两种因素所致：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。这样做比粉撒在水面上的实验效果好。7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。8实验中所用的油酸及酒精都应取较纯药品，否则会影响结果。另外，实验中所有的容器必须洁净，不能有油污。
6、9计算时注意单位和数量级，以及有效数字要求，细心求解、计算。考点细研 悟法培优 考点 1 实验原理与实验步骤例 1 利用油膜法估测油酸分子的大小，实验器材有：浓度为 0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度为 0.1 mL 的量筒、盛有适量清水的规格为 30 cm40 cm 的浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、玻璃板、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的水面上，用滴管吸取浓度为 0.05%的油酸酒精溶液，从靠近水面处向浅盘中央一滴一滴地滴
7、入油酸酒精溶液，直到稳定时油酸薄膜有足够大的面积且不与器壁接触为止，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，计算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大小_(单位：cm)。答案待薄膜轮廓稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上n0.05%NS尝试解答(1)待薄膜轮廓稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上(2)n0.05%NS。(1)待薄膜轮廓稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上。(2)每滴油酸酒精溶液
8、的体积为1N cm3n 滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为 VnN0.05%cm3所以单个油酸分子的直径大小 dVSn0.05%NS。尝试解答答案变式 1 在“用油膜法估测分子大小”的实验中，现有油酸和酒精按体积比为 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深的水的浅盘，一支滴管，一个量筒。请补充下述实验步骤：(1)_。(需测量的物理量用字母表示)(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，则油膜面积为_(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，不足半个舍去)。用滴管向量筒内加注 N 滴油酸
9、酒精溶液，读出其体积 V 112S 答案(3)估算油酸分子直径的表达式为 d_。nV112NSmn解析(1)用滴管向量筒内加注 N 滴油酸酒精溶液，读出其体积 V，由此可算出一滴溶液的体积。(2)由图象可得油膜所占小格数为 112，故油膜面积 S112S。(3)1 滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为VVNnmn，油膜面积 S112S。由 dVS，得 dnV112NSmn。解析答案考点 2 数据处理和误差分析例 2(2019石家庄二模)在“用油膜法估测分子大小”的实验中，将 1 mL 的油酸加入酒精中配制成 1000 mL 的油酸酒精溶液，通过注射器测得80 滴这样的溶液为 1 mL，取 1 滴
10、溶液滴在撒有痱子粉的浅水槽中，待油膜界面稳定后，测得油膜面积为 253 cm2。(1)估算油酸分子的直径 d_ m(结果保留一位有效数字)。(2)将上述油酸酒精溶液置于一个敞口容器中放置一段时间，再使用该溶液进行实验会导致分子直径的测量结果_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。51010偏大尝试解答(1)51010_(2)偏大。(1)测得油膜面积为：S253 cm22.53102 m2，每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为：V 11000 180 mL1.251011 m3油酸分子的直径为：dVS1.2510112.53102 m51010 m。(2)将油酸酒精溶液置于一个敞口容器中放置一段时
11、间，酒精挥发，导致油酸酒精溶液中油酸的浓度增大，因此一滴油酸酒精溶液中油酸的体积偏大，测得的分子直径大小偏大。尝试解答变式 2 油酸酒精溶液的浓度为每 1000 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，若每一小方格边长为 25 mm，试问：答案(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
12、酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是_ 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：_。球体单分子直径4.4102 1.210112.71010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，使液面收缩解析(1)油膜面积约占 70 小格，面积约为 S702525106m24.4102 m2，一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为 V 150 0.61000106
13、m31.21011 m3，油酸分子的直径约等于油膜的厚度 dVS1.210114.4102 m2.71010 m。(2)见答案。解析高考模拟 随堂集训 答案1(2019全国卷)用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀 释 成 一 定 浓 度 的 油 酸 酒 精 溶 液，稀 释 的 目 的 是_。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以_。为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是_。使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出 1 mL 油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积单分子层油膜的面积解析 用油膜法估测分子直
14、径时，需使油酸在水面上形成单分子层油膜，为使油酸尽可能地散开，将油酸用酒精稀释。要测出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，需要测量一滴油酸酒精溶液的体积，可用累积法，即测量出 1 mL 油酸酒精溶液的滴数。根据 VSd，要求得油酸分子的直径 d，则需要测出单分子层油膜的面积，以及一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积。解析2(2019重庆一诊)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，用注射器将一滴油酸酒精溶液滴入盛水的浅盘里，把玻璃板放在浅盘上并描画出油酸膜的轮廓，如图。图中正方形小方格的边长为 1 cm，该油酸膜的面积是_ m2，若一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 7106mL，则油酸分子
15、的直径是_ m(计算结果保留一位有效数字)。答案1.1610261010解析 采用估算的方法求油酸膜的面积：面积超过小正方形一半的正方形的个数为 116个(114118均可)，则油酸膜的面积约为 S116104 m21.16102 m2(1.14102 m21.18102 m2 均可)；油酸分子的直径 dVS71061061.16102 m61010 m。解析3(2019江苏南京、盐城高三第三次调研)某同学做“用油膜法估测分子的大小”的实验。已知每 2500 mL 油酸酒精溶液中含有纯油酸 1 mL，用注射器测得每 100 滴这样的溶液为 1 mL，把一滴这样的溶液滴入撒有痱子粉的盛水浅盘里，
16、把玻璃板盖在浅盘上并描画出油酸膜轮廓，如图所示。图中正方形小方格的边长为 1 cm，则油酸膜的面积为_ cm2，油酸分子直径大小 d_ m(保留一位有效数字)。答案40 1109解析 油酸膜中包含小正方形的个数为 40 个(少于半个的不计数，多于半个的算 1 个)，可知油酸膜的面积约 40 cm2；一滴溶液中纯油酸的体积 V 1100 12500 cm3，所以 dVS1100250040 cm1109 m。解析4(2019上海嘉定高三上学期期末)在做“用油膜法估测分子直径的大小”的实验中，实验简要步骤如下：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，再根据方格的边长求出油膜的面积
17、 S；B将一滴油酸酒精溶液滴在水面，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，然后将痱子粉均匀地撒在水面上；D取一定体积的油酸和确定体积的酒精混合均匀配制成一定浓度的油酸酒精溶液；答案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；F用注射器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；G由VS得到油酸分子的直径 d。(1)实验步骤的合理顺序是_。(填写字母编号)(2)在本实验中“将油膜分子看成紧密排列的球形，在水面形成单分子油膜”，体现的物理思想方法是_。DFECBAG 建模法 答
18、案(3)若所用油酸酒精溶液的浓度约为每 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，描出的油酸膜的轮廓形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为 1 cm，由此可估测油酸分子的直径是_ m。(保留一位有效数字)61010解析(1)本实验中必须测出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 V，故必先求出一滴油酸酒精溶液的体积，因此实验过程中应该求出 1 mL 油酸酒精溶液的滴数；油酸薄膜的边缘在水中不易观察和画出，因此需要在浅盘中倒入水后，将痱子粉或石膏粉均匀撒在水面上。根据实验的原理安排实验步骤，合理的顺序是 DFECBAG。(2)此实验把分子看成球体，是建立理想模型的方法。解析(3)由题图可知，油膜所占方格数约为 129 个(128130 均正确)，则油膜的面积：S1291 cm2129 cm2；每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积：V1 mL75 6 mL104 mL8106 mL；油酸分子的直径：dVS8106 cm3129 cm26108 cm61010 m。解析本课结束