1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

新课导入 第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 分子十分微小。以水为例，一个直径为10-3 mm 左右的水珠，它的大小与细菌差不多，用肉眼无法观察，就是在这样小的水珠里，分子的个数竟比地球上人口的总数还多上好几倍！ 那么，通过什么途径可以知道分子的大小呢？下面我们通过一个实验来估测分子的大小。 在用油膜法测定分子的直径时，实际上做了理想化处理。 ②把分子看成球形. ①把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层. ③油分子一个紧挨一个整齐排列; 因此，要估测油酸分子的直径，就要解决两个问题: 一是获得很小的一小滴油酸并测出其体积； 二是测量这滴油酸在水面上形成的油膜面积。 一.实验思路 油酸分子 把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层 水 油酸分子 d 油分子一个个紧挨着整齐排列，认为油膜的厚度就是分子的直径。 ①模型化 ②理想化 把分子看成球形 ③估算 实验中，为了使油酸充分展开，获得一块单分子油膜，我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，从而获得纯油酸形成的油膜。 1、测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V ⑴配制油酸溶液： ⑵测量一滴油酸溶液的体积： ⑶求出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 用滴管向量筒中一滴一滴地滴入油酸酒精溶液，记下液滴的总滴数n和它们的总体积V3，则一滴油酸酒精溶液的体积为 。 用注射器吸取体积为V1的油酸，注入一定体积的量筒中，加入无水酒精至体积V2刻度线，充分搅匀后得到体积比（浓度）为 的油酸酒精溶液。 1滴油酸的体积= 二.物理量的测量 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S ⑷待油膜形状稳定后，将事先准备好的带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的形状。 ⑴在浅盘里盛上水，将爽身粉（痱子粉或细石膏粉）均匀地撒在水面上。 ⑵用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液。 ⑶油酸立即在水面散开，形成一块油膜，油膜上没有爽身粉（痱子粉或细石膏粉），可以清楚地看出它的轮廓。 正方形的个数N乘单个正方形的面积s0就得到油膜的面积S=s0 N 。 不足半个的舍去 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。 多于半个的算一个 互补法 （除少数有机物大分子,一般分子直径的数量级是10-10m，一般分子的质量的数量级为10-26kg） 我们头发的直径约是900nm。 钨原子 水分子 氢分子 分子直径数量级 10-10m （1nm=10-9m） 分子的数量级很小，说明分子很小 水 油酸分子 d 操作步骤: 1.配制溶液（稀释） 2.精测一滴液体体积 3.水盘取水，撒痱子粉 4.滴一滴溶液形成单层表面薄膜 5.描油膜形状（放上玻璃板，等液面稳定后） 6.放坐标纸，数格子(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，计算油膜面积 7.求分子直径 数据分析 【数据处理】 根据上面记录的数据,利用d=计算油酸分子的直径. 实验 次数 1 mL油酸酒精溶液的滴数 轮廓内的正方形个数 轮廓面积S 一滴溶液中 纯油酸的 体积V 分子的直径(m) 平均值 1 2 … 实验演示 例1 [2023·苏州中学月考] “用油膜法估测油酸分子的大小”实验的简要步骤如下: A.根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格,数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去,多于半个的算一个),再根据方格的面积求出油膜的面积S. B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上,立即将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上,用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上. C.用浅盘装入约2 cm深的水. D.用公式d=,求出薄膜厚度,即油酸分子的直径. E.用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,记下一定体积的溶液对应的总滴数.根据油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V. 12 (1)上述步骤中有两个步骤有遗漏或不完整的,请指出并改正: ①　　　　　　　　　　　　　　　　　　.  ②　　　　　　　　　　　　　　　　　　.  (2)上述实验步骤的合理顺序是　　　　　　.  B步骤中,“立即”改成“待油酸薄膜稳定后” [解析] 实验时先配制油酸酒精溶液,得到一滴油酸酒精溶液中含油酸的体积,然后在浅盘中放入水,水面上均匀撒上爽身粉,将一滴油酸酒精溶液滴入,测量油酸在水面上散开的面积,最后进行计算,则上述实验步骤的合理顺序是ECBAD. C步骤中,要在水面上均匀撒上爽身粉 ECBAD 13 (3)若油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL,用注射器测得1 mL上述溶液有液滴75滴.把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,最后油膜的形状和尺寸如图所示,坐标中小方格的边长为1 cm, 则油膜的面积是　　　　　 m2;1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　　　　　 m3;根据以上数据,估测出油酸分子的直径是　　　　　 m.  1.12×10-2　 [解析] 在轮廓范围内的方格的个数为112个(不足半个的舍去,多于半个的算一个),则油膜的面积约为S=112×1 cm2=1.12×10-2 m2;每1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V=1× mL=8.0×10-6 mL=8.0×10-12 m3;把油酸分子看成球形,且不考虑分子间的空隙,则油酸分子直径d=≈7.14×10-10 m. 8.0×10-12 　7.14×10-10 14 (4)某同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较,数据偏大,对出现这种结果的原因,下列说法中可能正确的是　　　　.  A.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算 B.计算油膜面积时,错将不完整的方格作为完整方格处理 C.计算油膜面积时,只数了完整的方格数 D.水面上爽身粉撒得较多,油膜没有充分展开 ACD 15 [解析] 根据d=可知,错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算,则直径测量值偏大,选项A正确; 计算油膜面积时,错将不完整的方格作为完整方格处理,则面积的测量值偏大,则直径的测量值偏小,选项B错误; 计算油膜面积时,只数了完整的方格数,则面积测量值偏小,则直径测量值偏大,选项C正确; 水面上爽身粉撒得较多,油膜没有充分展开,则面积的测量值偏小,直径测量值偏大,选项D正确. 16 【误差分析】 1.油酸酒精溶液的实际浓度与理论值之间存在差异. 2.形成单分子油膜:只有形成单分子油膜,才能保证分子的直径计算式d=成立.要求使用的油酸酒精溶液的浓度、爽身粉的用量适宜. 3.油酸的体积V:用累积法测出油酸的体积.先测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,从而计算出一滴油酸酒精溶液的体积,再由油酸酒精溶液的浓度算出纯油酸的体积. 4.油膜的面积S:根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格计算出形状不规则的油膜的面积.数出轮廓内的方格数,方格边长的单位越小,用这种方法求出的面积越精确. 分子的两种模型 素养提升 1.固体、液体 小球模型 d d d d 在计算固液体分子大小时，作为一个近似的物理模型，一般可把分子看成是一小球，小球紧密排列在一起（忽略小球间的空隙）。则： 分子的直径 分子的两种模型 素养提升 2.气体 立方体模型 气体分子间的平均距离 d d d 立方体模型：在计算气体分子大小时，把每个分子和其占有的空间当作一个小立方体，气体分子位于每个立方体的中心，这个小立方体的边长等于分子间的平均距离.即： 分子质量： 分子平均占有的体积： 1mol物质的体积： 气体分子间距离（立方体模型）： 固体或液体分子的直径（球体模型）： 物体所含 分子数： 分子的两种模型 素养提升 素养提升 示例 已知水的摩尔质量为M=1.8×10-2 kg·mol-1,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,则: (1)水的摩尔体积Vmol=　　　　　m3·mol-1.  1.8×10-5 [解析]水的摩尔体积Vmol= m3·mol-1=1.8×10-5 m3·mol-1. 素养提升 示例 已知水的摩尔质量为M=1.8×10-2 kg·mol-1,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,则: (2)水分子的质量m0=　　　　　　kg,水分子的体积V'=　　　　　　m3.(均保留一位有效数字)  3×10-26　 3×10-29 [解析] 水分子的质量m0= kg≈3×10-26 kg,水分子的体积V'= m3≈3×10-29 m3. 素养提升 示例已知水的摩尔质量为M=1.8×10-2 kg·mol-1,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,则: (3)将水分子看作球体,其直径d=　　　　m(保留一位有效数字),一般分子直径的数量级是　　　　m.  4×10-10 10-10 [解析] 将水分子看作球体,有π=V',水分子直径d= m≈4×10-10 m,一般分子直径的数量级是10-10 m. 素养提升 变式1 [2023·学军中学月考] 如果用M表示某物质的摩尔质量,m表示分子质量,ρ表示物质的密度,V表示摩尔体积,V'表示分子体积,NA为阿伏加德罗常数,则下列关系中正确的是(　) A.分子间距离d= B.单位体积内分子的个数为 C.分子的体积一定是 D.物质的密度一定是ρ= B 素养提升 [解析]气体分子间的距离远大于分子直径,故此物质分子的直径不一定等于分子间距离,故A错误; 物质的摩尔体积V=,故单位体积内的分子数为n=,故B正确; 单个分子占有的空间体积是,对于气体分子来说此值远大于分子的体积,故C错误; 物质的密度ρ=,故D错误. 课 堂 小 结 课后习题 1.把一片很薄的均匀塑料薄膜放在盐水中，调节盐水的密度，使薄膜能在盐水中悬浮，此时盐水的密度为1.2×103kg/m3。用天平测出尺寸为10cm×20cm的这种塑料薄膜的质量是36g，请计算薄膜的厚度。 课后习题 2.“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，有两个非常巧妙的设计，请你借鉴这两个设计思路，完成以下实验： （1）现需要在一个烧杯中倒入0.01g食盐供以后做实验用，但现有的电子秤最小只能称1g的质量，怎么办？请定量地具体说明操作的步骤。 （2）有一小捆粗细均匀的细铁丝，要较精确地测量细铁丝的横截面积，你认为应该怎样测量？说出所需的器材和测量方法。 课后习题 3.在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，每103mL油酸酒精溶液中有纯油酸1mL。用注射器测得58滴这样的溶液为1mL。把1滴这样的溶液滴入盛水的浅盘里，等油膜形状稳定后，把玻璃板盖在浅盘上并描画出油膜的轮廓，如图1.2-4所示。图中正方形小方格的边长为1cm。（1）1滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积是多少？（2）油膜的面积是多少？（3）按以上数据，估算油酸分子的大小。 Lavf60.4.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$