北京市第十一中学2023届高考物理二轮复习实验专题讲义：实验十九 油膜法测分子大小

实验十九: 油膜法测分子大小 1.实验目的： 用油膜法估测分子的大小 2.实验原理 实验前应预先计算出每滴油酸溶液中纯油酸的实际体积：先了解配好的油酸溶液的浓度，再用量筒和滴管测出每滴溶液的体积，由此算出每滴溶液中纯油酸的体积V。 油膜面积的测量：油膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，将油膜的形状用彩笔画在玻璃板上；将玻璃板放在坐标纸上，以1cm边长的正方形为单位，用四舍五入的方法数出油膜面积的数值S（以cm2为单位）。 由d=V/S算出油膜的厚度，即分子直径的大小。 油酸在水面形成单分子油膜的厚度就是分子的直径，用测得的油酸的体积，除以测得的油膜的面积得到油膜的厚度就是分子的直径。 3、实验器材： 已知浓度的油酸酒精溶液、盛水的盘、小容量的量筒、注射用针管、有方格的玻璃板、水笔、滑石粉（或者痱子粉） 4.实验过程： ① 用注射器或滴管将一定容积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，求出一滴油酸酒精的体积； ② 向容器内倒入约2㎝深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上； ③ 小心地将一滴油酸酒精溶液滴到水面上（实验前要训练好滴法），让它在水面上自由地扩展成油酸膜； ④ 轻轻地将一有格玻璃盖板放到容器上，用彩笔将油膜的形状画在玻璃板上； ⑤利用坐标方格计算出油膜的面积S，根据浓度计算出一滴溶液中纯油酸的体积V，根据体积和面积求出油膜的厚度L=V/S，即为所测分子的直径。 注意事项 ① 所用油酸一定要用酒精稀释过，且配制的油酸酒精体积浓度要尽可能小些，以使滴入水中的一滴油酸酒精溶液中含有少许油酸，能在浅盘水面上自由扩展形成单分子油膜。 ② 稀释油膜所用的酒精应为无水的分析纯，这样配制出来的溶液浓度才可能均匀。 ③ 所用的水最好是纯水，以便形成较大的表面张力差，把油膜的表面积拉得最大。 ④ 撒痱子粉（目的是为了看清油膜薄层的边界）要均匀成很薄的一层，以便造明显的油膜层边界。 ⑤ 向水滴液时，滴液高度距水面1㎝左右。 ⑥ 待油酸薄膜层的形状稳定后，再盖上坐标格板，描绘油膜形状轮廓，动作要轻而迅速，眼睛实现始终要与玻璃板垂直。 ⑦ 学会计算不规则形状的面积的方法——方格法。以方格板上的方格为单位，数清楚轮廓内方格数，不足半个方格舍去，大于半格的算一个。 ⑧ 油酸酒精溶液配制好以后，要密封起来，不能长期搁置，防止浓度改变。 ⑨ 重做实验时，将水从浅盘一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，脱脂棉擦拭，再用清水冲洗，以保持浅盘清洁。 误差分析 ① 各种器具不清洁或者混用造成误差。 ② 有酸溶液浓度过大，导致油酸膜不是单分子层膜，造成误差过大。 ③ 没有考虑溶液浓度，误将一滴溶液的体积当作纯油酸体积造成实验结果偏大。 ( 例1. （ ★★ ）在 “ 用油膜法估测分子大小 ” 的实验中，已知实验室中使用的酒精油酸溶液的浓度为A，N滴溶液的总体积为V．在浅盘中的水面上均匀撒上痱子粉，将一滴溶液滴在水面上，待油膜稳定后，在带有边长为a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的轮廓（如图所示），测得油膜占有的正方形小格个数为X． ① 用以上字母表示一滴酒精油酸溶液中的纯油酸的体积为 ． ② 油酸分子直径约为 ． ) 【考点】油膜法测分子大小 【解析】实验时做的假设为：将油膜看成单分子膜；将油分子看作球形；认为油分子是一个紧挨一个的． ①由题意可知，一滴酒精油酸溶液中的纯油酸的体积为 ． ②每一滴所形成的油膜的面积为S=Xa2，所以油膜的厚度，即为油酸分子的直径为 ． 【答案】① ② 【教学建议】掌握该实验的原理是解决问题的关键，该实验中以油酸分子呈球型分布在水面上，且一个挨一个，从而可以由体积与面积相除求出油膜的厚度，从而求出分子直径 ( 例2. （ ★★ ）在 “ 用油膜法估测分子的大小 ” 的实验中，油酸酒精溶液的浓度为每10 4 mL溶液中有纯油酸5mL．用注射器测得1mL上述溶液有液滴50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描出油膜轮廓，再将玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸中正方形小方格的边长为1cm．则： ① 油膜的面积约为 （保留两位有效数字）； ② 每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 ； ③ 根据上述数据，估算出油酸分子的直径为 ．（保留一位有效数字） ) 【考点】油膜法测分子大小 【解析】①由图示坐标纸可知，油膜所占方格数是84，则油膜的面积S=84×1cm×1cm=84cm2； ②一滴酒精油酸溶液含纯油酸的体积 ③油酸分子的直径 【答案】①84cm2；②1.0×10-5mL；③1×10-7cm． 【教学建议】本题考查了油膜法测分子