(教用word)第1章 2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册(人教版2019)

2　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 【知识储备】 1．把1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，一部分是烃基C17H33—，另一部分是羧基—COOH，羧基—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，其中烃基C17H33—部分冒出水面，而羧基—COOH部分留在水中，油酸分子一个个地直立在水面上，形成一个单分子层油膜。 2．油酸分子可看成球形模型。 3．油酸分子的直径计算公式d＝。 【实验目的】 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，掌握利用“互补法”计算油膜的面积。 【实验思路】 把1滴油酸酒精溶液滴在水面上，使油酸在水面上形成单分子油膜，则油膜的厚度即为油酸分子的直径。 【物理量的测量】 1．配制油酸酒精溶液，取1 mL的油酸滴入酒精中配制成500 mL的油酸酒精溶液。 2．如何测量1滴油酸酒精溶液的体积？ 提示：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中，记下量筒内增加一定体积(例如1 mL)时的滴数，算出1滴油酸酒精溶液的体积。 3．实验时先向边长为30～40 cm的浅盘里倒入约2 cm 深的水，然后将爽身粉均匀地撒在水面上，用注射器(或滴管)往水面上滴1滴油酸酒精溶液，油酸立即在水面散开，形成一块油膜。 4．待油膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔画在玻璃板上。 5．如何测量油膜的面积？ 提示：将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油膜的面积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，然后用正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S。 6．根据配制的油酸酒精溶液的浓度，算出1滴溶液中纯油酸的体积V。根据1滴溶液中纯油酸的体积V和油膜的面积S即可算出油膜的厚度d＝，即油酸分子的直径。 【数据分析】 1．1滴油酸酒精溶液的平均体积 ＝。 2．1滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积 V＝×油酸酒精溶液的体积比。 3．油膜的面积S＝n×1 cm2。(n为有效格数，小方格的边长为1 cm) 4．油酸分子直径d＝(代入数据时注意统一单位)。 【误差分析】 项目 产生原因 减小方法 偶然 误差 数不完整格数时，对不足半格的判断存在误差 数出全部不完整的格数n，它们相当于有个完整的格数 系统 误差 油酸分子(C17H33COOH)的形状为长链形，将其视为球形与实际分子形状有区别，所以实验只能得到分子直径的数量级，而不能得到准确值 【注意事项】 1．油酸酒精溶液配制好后，不要长时间放置，以免造成溶液浓度的改变，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，水面受油酸酒精溶液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，将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，粉将自动扩散至均匀，这是由以下两个因素所致：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。 　　 　　实验思路与操作 如图所示为“用油膜法估测分子大小”实验的示意图。 (1)油酸分子的形状真的是球形吗？ (2)利用d＝计算油酸分子直径的前提： ①油酸在水面上形成______________； ②把油酸分子简化成__________； ③不考虑油酸______________。 (3)实验中为什么对油酸分子进行稀释？ (4)实验中为什么在水面上撒爽身粉？ (5)实验中可以采用什么方法测量油膜的面积？ 解析：(1)不是，实际分子的结构很复杂，分子间有空隙，把油酸分子认为是球形且一个紧挨一个排列，是一种近似模型，是对问题的简化处理。 (2)利用d＝计算油酸分子直径的前提：①油酸在水面上形成单分子油膜；②把油酸分子简化成球形；③不考虑油酸分子间的空隙。 (3)用酒精对油酸进行稀释有利于获取更小体积的纯油酸，这样更有利于油酸在水面上形成单分子油膜，同时酒精易挥发，不影响测量结果。 (4)撒爽身粉后，便于观察所形成的油膜的轮廓。 (5)运用数格子法测油膜面积。多于半个的算一个，少于半个的舍去，并且这种方法所取方格的单位越小，计算的面积误