第15章 实验(十九) 用油膜法估测油酸分子的大小(Word教参)-【正禾一本通】2025年高考物理高三一轮总复习高效讲义

实验十九　用油膜法估测油酸分子的大小 ► 对应学生用书P269 【备考目标】　1.知道油膜法估测油酸分子的大小的原理。2.掌握用油膜法估测油酸分子的大小的方法。 　实验01步——理清实验过程，注意关键点 实验原理与器材 实验操作 1.实验原理：利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，用d＝计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体积，S为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直径，如图。 2．实验器材 盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、彩笔 1.配制油酸酒精溶液，取纯油酸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。 2．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。根据V0＝算出每滴油酸酒精溶液的体积V0。 3．向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上。 4．用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。 5．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上。 6．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)。 7．根据溶液的比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝，算出薄膜的厚度d，即为分子直径 误差分析 1.纯油酸体积的计算引起误差。 2．对油膜形状画线时带来误差。 3．数格子法本来是一种估算的方法，从而会带来误差 　实验02步——透析常见考法，明确常考点 类型一　实验原理与操作 　　　　　　　　　　　　　　　　 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____________________。 解析：实验前将油酸稀释，目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜。可以用累积法测量多滴溶液的体积后计算得到一滴溶液中纯油酸的体积。油酸分子直径等于一滴溶液中纯油酸的体积与形成的单分子层油膜的面积之比，即d＝，故除测得一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积外，还需要测量单分子层油膜的面积。 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 2．在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中： (1)以下操作不正确的是______。 A．直接将一滴油酸滴到水面上 B．向浅盘中倒入2 cm左右深的水，均匀地撒上痱子粉 C．油膜稳定后将玻璃板盖到浅盘上画出油膜轮廓 (2)前面正确操作后，某同学将油酸酒精溶液滴到均匀撒好痱子粉的水面上时油膜的面积会______。 A．变大 B．变小 C．先变大后变小 (3)不同实验小组向水面滴入一滴油酸酒精溶液时得到以下油膜形状，做该实验最理想的是______。 解析：(1)油酸浓度太大且不溶于水，直接滴一滴油酸不能形成单分子油层，故A错误；为了便于观察油酸在水面扩散的面积，所以在水面均匀撒上痱子粉，故B正确；为了定量测出油酸扩散面积，用带方格的玻璃板盖到浅盘上画出油膜轮廓，故C正确，故选A。 (2)酒精溶于水，油酸酒精溶液滴到水中在酒精的作用下形成单分子油膜，随后酒精挥发，油膜的面积又缩小，故选C。 (3)最理想的情况是痱子粉很薄，容易被油酸酒精溶液冲开，近似圆形，故选C。 答案：(1)A　(2)C　(3)C 类型二　实验数据处理与误差分析 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.5 mL，用滴管向量筒内滴100滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1 mL。若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示。(以下计算结果均保留2位有效数字) (1)若每一小方格的边长为10 mm，则油酸薄膜的面积为__________m2。 (2)每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为________m3。 (3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径为__________m。(保留1位有效数字) (4)为了尽可能准确地估测出油膜分子的大小，下列措施可行的是__________。 A．油酸浓度适当大一些 B．油酸浓度适当小一些 C．油酸扩散后立即绘出轮廓图 D．油酸扩散并待其收缩稳定后再绘出轮廓图 解析：(1)每个小方格的面积为S1＝(10 mm)2＝1×10－4 m2，面积超过小方格面积一半的方格的个数为83个，不足半格的舍去，则油酸膜的面积约为S＝83S1＝83×10－4 m2＝8.3×10－3 m2。 (2)每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积为 V＝mL＝5×10－12 m3。 (3)把油酸分子看成球形，且不考虑分子间的空隙，则分子的直径为d＝＝ m≈6×10－10 m。 (4)为能形成单分子油膜，油酸浓度应适当小些；绘制轮廓图应在油酸扩散稳定后进行。故选BD。 答案：(1)8.3×10－3　(2)5×10－12　(3)6×10－10　(4)BD 2．在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，将1 mL的纯油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1 mL溶液为80滴，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，描出的油膜轮廓如图所示，每格边长是0.5 cm。根据以上信息，回答下列问题： (1)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为________ mL。 (2)油膜的面积为________ cm2。 (3)油酸分子的直径约为____________ m。(此小题保留一位有效数字) (4)从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中，油膜的面积大小变化情况是________________。 (5)甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，但都发生了操作错误，其中会导致所测的分子直径d偏小的是________。 A．甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大一些 B．乙在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小 C．丙在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些 解析：(1)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积 V＝× mL＝2.5×10－6 mL。 (2)由题图油膜可知，油膜所占坐标纸的格数约141个，油膜的面积为 S＝141×0.5×0.5 cm2＝35.25 cm2。 (3)油酸分子的直径约为 d＝≈7×10－10 m。 (4)从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中，由于酒精的挥发，油膜的面积大小变化情况是先变大后变小。 (5)甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大了一些，算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积比实际值小，由d＝可知，甲同学所测的分子直径d偏小，A正确；乙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，一滴油酸酒精溶液的实际体积变小，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积变小，对应的油膜面积S变小，但体积V还是按原来的计算的，由d＝可知，所测的分子直径d偏大，B错误；丙在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些，由d＝可知，所测的分子直径d偏大，C错误。 答案：(1)2.5×10－6　(2)35.25　(3)7×10－10　(4)先变大后变小　(5)A 3. (1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入50滴溶液，溶液的液面刚好达到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸酒精溶液，向撒有爽身粉的盛水浅盘中滴下1滴溶液，在液面上形成单分子油膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图甲所示。坐标格中每个小正方形方格的大小为 2 cm×2 cm。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(最后一空结果保留1位有效数字)。 (2)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1.43×10－8 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2位有效数字)。 解析：(1)数油膜的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面积S＝64×2 cm×2 cm＝256 cm2。溶液浓度为 ，每滴溶液的体积为 mL，1滴溶液中所含纯油酸的体积为V＝2×10－5 cm3。油膜厚度即油酸分子的直径是d＝≈8×10－10 m。 (2)直径为1.43×10－8 m的圆周周长为D＝πd≈4.49×10－8 m，可以估算出铁原子的直径约为d′＝ m＝9.4×10－10 m。 答案：(1)256　8×10－10　(2)9.4×10－10 学科网（北京）股份有限公司 $$