实验十五 用油膜法估测油酸分子的大小-【金版教程】2025年高考物理一轮复习解决方案全书word（新教材）

高考科学复习解决方案 　物理 实验　用油膜法估测油酸分子的大小 科学探究梳理 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．会估测分子的大小，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d＝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、烧杯(或量筒)、浅盘(边长约30～40 cm)、注射器(或滴管)、带有坐标方格的玻璃板(或有机玻璃板、坐标纸)、彩笔、爽身粉、容量瓶(500 mL)。 1．用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，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．用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积VN，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数N(或者用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V0＝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，并将爽身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，将带有坐标方格的玻璃板(或有机玻璃板)放在浅盘上，并用彩笔在玻璃板上描画出油酸薄膜的形状。 1．根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个。然后，把正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S(或者将画有油酸薄膜轮廓的有机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，不足半个的舍去，多于半个的算一个，算出油酸薄膜的面积S)。 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d＝算出油膜的厚度d。 3．重复实验，多测几次油膜的厚度，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面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差； (3)测量烧杯(或量筒)内溶液增加一定体积的滴数时，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，不足半个的舍去，多于半个格子的算一个。方格边长越小，计算出的面积越精确； (3)选用内径小的注射器，读数时正视(或选用内径小的量筒，读数时平视)； (4)画图时图线轮廓边缘清晰 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．实验之前要训练好滴法。 4．待测油酸膜扩散后又收缩，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．从浅盘的中央加爽身粉，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．本实验要求估算分子大小，实验结果数量级须符合要求。 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。 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。 科学探究精研 考点　教材原型实验 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 cm×40 cm的浅盘、爽身粉、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．将爽身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为S cm2。 (2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的直径大小为________ cm。 [答案]　(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) [解析]　(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)每滴油酸酒精溶液的体积为 cm3，n滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为V＝×0.05% cm3，所以单个油酸分子的直径大小为d＝＝ cm。 例2　在做“用油膜法估测分子直径的大小”的实验中： (1)在本实验中“将油酸分子看成紧密排列的球体，在水面形成单分子油膜”，体现的物理思想方法是________。 (2)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) (3)关于本实验，下列操作正确的是________。 A．配置好的油酸酒精溶液长时间暴露在空气中，能进行实验 B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面时，滴管距水面尽可能远些 C．在水面滴入一滴油酸酒精溶液后，应立即测量油膜面积 D．描绘油膜轮廓时，玻璃板距水面不能过高 [答案]　(1)建模法　(2)6×10－10　(3)D [解析]　(1)此实验把油酸分子看成紧密排列的球体，把在水面上形成的油膜看成是单分子油膜，是建立模型的方法。 (2)由题图可知，油膜所占方格数约为129个，则油膜的面积S＝129×1 cm2＝129 cm2；每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V＝×＝8×10－6 mL；则油酸分子的直径d＝＝＝6×10－8 cm＝6×10－10 m。 (3)如果将配置好的油酸酒精溶液长时间暴露在空气中，酒精挥发，溶液的浓度改变，会给实验带来较大误差，故不能用该溶液进行实验，A错误；将一滴油酸酒精溶液滴在水面时，若滴管距水面较远，溶液受到水的冲击过大，可能无法形成一块完整的油膜，不便于测量油膜面积，B错误；如果在水面滴入一滴油酸酒精溶液后，立即测量油膜面积，则油膜中含有大量未溶解入水中的酒精，导致所测油膜的面积误差较大，由d＝可知，油酸分子直径d的计算值误差较大，C错误；描绘油膜轮廓时，若玻璃板距水面过高，会导致油膜形状的记录出现较大偏差，D正确。 课时作业 1．(2019·全国卷Ⅲ)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__________________________________。 答案　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V＝Sd，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。 2．用油膜法估测分子直径的实验步骤如下： A．向浅盘中倒入适量的水，并向水面均匀地撒入爽身粉； B．将1 mL纯油酸加入酒精中，得到2×103 mL的油酸酒精溶液； C．把玻璃板放在方格纸上，计算出薄膜的面积S(坐标纸中正方形小方格的边长为20 mm)； D．将配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下50滴溶液的体积； E．把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓； F．根据得到的数据，估算出油酸分子的直径。 (1)上述步骤中，正确的顺序是________(填步骤前的字母)。 (2)如图所示为描出的油膜轮廓，油膜的面积约为________ m2。 (3)已知50滴溶液的体积为1 mL，估算油酸分子的直径约为________ m(保留两位有效数字)。 答案　(1)BDAECF　(2)0.0224 (3)4.5×10－10 解析　(1)题中所述步骤中，正确的顺序是BDAECF。 (2)由图可知，油膜轮廓内的小正方形格数约为56，则油膜的面积约为56×4 cm2＝0.0224 m2。 (3)1滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V＝×10－6 m3＝10－11 m3，则油酸分子的直径约为d＝＝ m≈4.5×10－10 m。 3．(2022·上海市长宁区高三上一模)在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用体积为A的纯油酸配置成体积为B的油酸酒精溶液，再用滴管取体积为C的油酸酒精溶液，让其自然滴出，共n滴。把1滴该溶液滴入盛水的、表面撒有爽身粉的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用油性笔在玻璃板上描出油酸膜的轮廓，测得面积为S，如图。 (1)此估测方法是将每个油酸分子视为球形，让油酸尽可能在水面上散开，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________。 (2)估算出油酸分子的直径大小是________(用题中已给出的字母表示)。 (3)用油膜法估算出油酸分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油酸的________。 A．质量 B．体积 C．摩尔质量 D．摩尔体积 (4)某同学计算出的油酸分子直径明显偏大，可能的原因是________。 A．油酸酒精溶液中含有大量酒精 B．爽身粉撒太多，油膜未能充分展开 C．计算油膜面积时，将所有不完整的方格都作为一格保留 D．计算每滴溶液中纯油酸的体积时，1 mL油酸酒精溶液的滴数多记了10滴 答案　(1)单分子　直径　(2) (3)D　(4)B 解析　(1)此估测方法是将每个油酸分子视为球形，让油酸尽可能在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的直径。 (2)所配制油酸酒精溶液的体积分数为，体积为C的油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V＝，1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V0＝，油酸分子的直径大小为d＝＝。 (3)用油膜法估算出油酸分子的直径后，可以根据球的体积公式估算出1个油酸分子的体积，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道NA个油酸分子的总体积，即油酸的摩尔体积，故选D。 (4)油酸酒精溶液中含有大量酒精，若一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体积计算准确，油膜的面积测量正确，就不会造成实验结果明显偏大，故A错误；爽身粉撒太多，油膜未能充分展开，S测量值偏小，会造成d测量值偏大，故B正确；计算油膜面积时，将所有不完整的方格都作为一格保留，S测量值偏大，会造成d测量值偏小，故C错误；计算每滴溶液中纯油酸的体积时，1 mL油酸酒精溶液的滴数多记了10滴，则每一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积测量值偏小，会造成d测量值偏小，故D错误。 7 学科网（北京）股份有限公司 $$