77 实验(十九) 用油膜法估测油酸分子的大小(Word练习)-【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 ________________________________________________________________________ (每题10分，建议用时：50分钟) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(10分)(2023·浙江高三阶段练习)下图是“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的部分操作步骤： (1)有关该实验的下列说法正确的是__________。(5分) A．图中的操作步骤顺序是：丙→丁→乙→甲 B．油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验 C．往浅盘中滴入油酸酒精溶液后应立即描绘油膜轮廓 (2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.2%，用注射器测得100滴这样的油酸溶液为1 mL，取1滴这样的溶液滴入浅盘中，即滴入浅盘中的油酸体积为__________ cm3。(5分) 解析：(1)根据题意，由实验原理可知，用油膜法估测油酸分子的大小的实验步骤为丙→乙→丁→甲，故A错误；油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验，避免酒精挥发，浓度发生变化，实验有误差，故B正确；往浅盘中滴入油酸酒精溶液后，应等油酸完全散开稳定后开始描绘油膜轮廓，故C错误。故选B。 (2)根据题意可知，1滴这样的溶液中的油酸体积为V＝×0.2% mL＝2.0×10－5cm3。 答案：(1)B　(2)2.0×10－5 2.(10分)在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中 (1)下列说法正确的是________。(2分) A．测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时，可以用注射器挤出一滴油酸滴入烧杯中，观察注射器上的体积变化 B．测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时，如果不使用爽身粉，也可以在水中加入红墨水后混合均匀，再滴入一滴油酸酒精溶液 C．实际的油酸分子是球形的，因此通过计算得到的油酸分子直径即是球的直径 D．计算油酸分子的大小时，认为水面油酸为单分子层且认为分子间紧密排布 (2)①若实验过程中发现，撒入的爽身粉过多，导致油酸分子未形成单分子层，则计算得到的油酸分子直径将____________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。(2分) ②若实验中使用的油酸酒精溶液是经久置的，则计算得到的油酸分子直径将____________(选填“偏大”或“偏小”或“不变”)。(3分) (3)某次实验中将纯油酸配制成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，可估算出油酸分子的直径约为________ m(此小题保留一位有效数字)。(3分) 解析：(1)测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时，至少要测量50滴到100滴油酸酒精溶液的体积，然后计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，A错误；测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时，使用爽身粉才能看出油膜的轮廓，在水中加入红墨水后混合均匀不能看出油膜的轮廓，B错误；实验时只是把油酸分子看成是球形的理想模型，实际的油酸分子不是球形的，因此通过计算得到的只是将油酸分子看成是球形时的油酸分子直径，C错误；计算油酸分子的大小时，认为水面油酸为单分子层且认为分子间紧密排布，D正确。故选D。 (2)①若实验过程中发现撒入的爽身粉过多，导致油酸分子未形成单分子层，则油膜面积的测量值偏小，根据d＝计算得到的油酸分子直径将偏大；②若实验中使用的油酸酒精溶液是经久置的，在溶液中的油酸浓度会偏大，实际计算时仍按原来的浓度计算，则计算得到的油酸分子直径将偏小。 (3)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V＝× mL＝2.5×10－6 mL，油膜的面积为S＝140×0.5×0.5 cm2＝35 cm2，分子直径d＝＝ m＝7×10－10m。 答案：(1)D　(2)①偏大　②偏小　(3)7×10－10 3．(10分)高二年级某学习小组用油膜法估测油酸分子的大小，实验中他们向1 mL纯油酸中添加酒精，配得油酸酒精溶液的总体积为500 mL，接着用注射器向量筒内滴加80滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1 mL，把1滴这样的溶液滴入盛水的浅盘里，把玻璃板盖在浅盘上并描出油膜的轮廓，如图所示。 (1)已知每一个小正方形的边长为20 mm，则该油酸薄膜的面积为____________ m2(结果保留2位有效数字)。(3分) (2)油酸分子的直径是____________ m(结果保留2位有效数字)。(3分) (3)以下操作会导致最终估测出的油酸分子直径偏大的有____________。(4分) A．若配制完油酸酒精溶液后没有及时使用，长时间放置，酒精挥发使溶液浓度发生了变化 B．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开 C．用注射器测得80滴油酸酒精的溶液为1 mL，不小心错记录为81滴 D．计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格 解析：(1)由题图可读出超过半格的格数约为76小格，则油膜面积为 S＝76×20×10－6 m2≈3.0×10－2 m2。 (2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V＝× cm3＝2.5×10－5 cm3，油酸分子的直径为d＝＝m≈8.3×10－10m。 (3)若油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度变大，实验数据处理仍然按照挥发前的浓度计算，即算出的纯油酸体积偏小，则所测的分子直径d明显偏小，故A错误；水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，即算出的油膜层面积偏小，根据d＝可知所测的分子直径d明显偏大，故B正确；用注射器测得80滴油酸酒精的溶液为1 mL，不小心错记录为81滴，则所得一滴酒精油酸溶液的体积将偏小，从而使油酸的体积偏小，最终导致所测分子直径偏小，故C错误；计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格，则油膜面积偏大，从而导致所测油酸分子直径偏小，D错误。故选B。 答案：(1)3.0×10－2　(2)8.3×10－10　(3)B 4．(10分)(2023·北京海淀高三统考)用油膜法估测油酸分子的大小利用“油膜法估测分子直径”实验体现了通过对宏观量的测量来实现对微观量的间接测量的方法。 (1)甲同学配制好油酸酒精溶液，并测出一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为V，之后又进行了下列操作，其中错误的一项是______；其余正确操作的合理顺序是____。(2分) A．将一滴纯油酸滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜 B．将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜 C．向浅水盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上 D．将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S，再根据d＝估算出油酸分子的直径 E．将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上 (2)乙同学在做“用油膜法估测分子的大小”实验时，将6 mL的油酸溶于酒精中制成104 mL的油酸酒精溶液。用注射器取适量溶液滴入量筒，测得每滴入75滴，量筒内的溶液增加1 mL。用注射器把1滴这样的溶液滴入表面撒有痱子粉的浅水盘中，把玻璃板盖在浅盘上并描出油酸膜边缘轮廓，如图所示。已知玻璃板上正方形小方格的边长为1 cm，则油酸膜的面积约为____________m2(保留两位有效数字)。由以上数据，可估算出油酸分子的直径约为______________m(保留两位有效数字)。(4分) (3)丙同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是______。(2分) A．将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算 B．油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化 C．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开 D．计算油膜面积时，将不完整的方格作为完整方格处理 (4)在用油膜法估测分子大小的实验中，已知纯油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，一滴油酸溶液中含纯油酸的质量为m，一滴油酸溶液滴在水面上扩散后形成的纯油酸油膜最大面积为S，阿伏加德罗常数为NA。以上各量均采用国际单位制，对于油酸分子的直径和分子数量有如下判断： ①油酸分子直径d＝ ②油酸分子直径d＝ ③一滴油酸溶液中所含油酸分子数n＝NA ④一滴油酸溶液中所含油酸分子数n＝NA 以上判断正确的是________。(2分) A．①和③ B．①和④ C．②和④ D．②和③ 解析：(1)为了使得油膜形成单分子油膜层，实验时，需要将纯油酸进行稀释，不能直接将一滴纯油酸滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜，A错误，故选A。 实验时，先向浅水盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上，再将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜，随后将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上，最后将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积S，再根据d＝，估算出油酸分子的直径，即正确操作的合理顺序是CBED。 (2)利用数格子的方法，油酸膜的面积为 S＝116×1×10－2×1×10－2m2≈1.2×10－2 m2 1滴这样的溶液中的纯油酸体积为 V＝××10－6 m3＝8×10－12 m3 则油酸分子的直径为 d＝＝ m≈6.7×10－10 m。 (3)由于d＝，若将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，体积偏大，则所测的分子直径d明显偏大，A正确；若油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度变大，实验数据处理仍然按照挥发前的浓度计算，即算出的纯油酸体积偏小，则所测分子直径d明显偏小，B错误；水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，即算出的油膜层面积偏小，根据d＝，可知所测的分子直径d明显偏大，C正确；计算油膜面积时，将不完整的方格作为完整方格处理，则算出的油膜层面积偏大，所测的分子直径d明显偏小，D错误。故选AC。 (4)由于一滴油酸溶液中含纯油酸的质量为m，则该纯油酸的体积为V＝，根据d＝，解得d＝，则①错误，②正确；一滴纯油酸的物质的量为n0＝，一滴油酸溶液中所含油酸分子数n＝n0NA，解得n＝NA，③错误，④正确。故选C。 答案：(1)A　CBED (2)1.1×10－2(1.1×10－2～1.2×10－2) 6．7×10－10(6.7×10－10～7.3×10－10) (3)AC　(4)C 5．(10分)在“用油膜法估测油酸分子直径”的实验中，我们通过宏观量的测量间接计算微观量。 (1)本实验利用了油酸分子易在水面上形成____________(填“单层”或“多层”)分子油膜的特性。若将含有纯油酸体积为V的一滴油酸酒精溶液滴到水面上，形成面积为S的油酸薄膜，则由此可估测油酸分子的直径为____________。(4分) (2)若实验时痱子粉撒得太厚，则所测的分子直径会____________(填“偏大”或“偏小”)。(2分) (3)本实验中油膜的形成是分子力的作用效果。图甲为分子力F随分子间距r的变化图线，图乙为某同学参照图甲所做的分子势能Ep随分子间距r的变化图线。请你对图乙的合理性作出分析，填在下面表格相应的位置中。(4分) 指出合理或不合理之处并简述理由 合理之处 ____________________________ 不合理之处 ____________________________ 解析：(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，我们的实验依据是：①油膜是呈单分子分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙；由上可知，在水面上要形成单层分子油膜；一滴油酸的体积为V，油酸分子的直径为d＝。 (2)若实验时痱子粉撒得太厚，则油膜没有完全散开，油酸溶液在水面上形成的油膜面积偏小，由d＝可知，实验测量的油酸分子的直径偏大。 (3)合理之处：图乙的大致变化情况合理，因为分子间距由足够远减小到r0的过程中分子力体现为引力做正功，分子势能减小，所以r0处的分子势能最小，此后再靠近的过程中，分子力体现为斥力做负功，所以分子势能逐渐增大。 不合理之处：①图乙r1处分子势能为0的点不合理，由于分子力做功等于分子势能的变化，故分子间距由足够远减小到r1的过程中分子力做的总功应当为0，即甲图中r1处以右F­r图线下的总面积应当为0，图中显然不符合。 ②图乙在r0<r<r2的范围内弯曲情况不合理，由于Ep­r图线的斜率即为分子力，该区间的分子力是越来越大的，而图中的斜率显然越来越小。 答案：(1)单层　d＝　(2)偏大 (3)见解析 学科网（北京）股份有限公司 $$