第15章 第5讲 用油膜法估测油酸分子的大小(基础实验)（课件）-【新高考方案】2026年高考物理一轮总复习（福建专版）

用油膜法估测油酸分子的大小 (基础实验) 第 5 讲 1 一、实验知能/系统归纳 2 二、应用发展/练中融通 CONTENTS 目录 一、实验知能/系统归纳 实验原理 1.利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜。 2.将油酸分子视为球形，测出一定体积油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积。 3.用d=计算出油膜的厚度(V为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积)，这个厚度就近似为油酸分子的直径。 一、理清原理与操作 操作要领 1.配制油酸酒精溶液。 2.用注射器通过累积法得到1滴油酸酒精溶液的体积，再计算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。 3.借助坐标纸测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S。 续表 二、掌握数据处理方法 1.计算一滴溶液中纯油酸的体积：V=(mL)。V0为N滴油酸酒精溶液的体积，k为油酸酒精溶液的浓度。 2.计算油膜的面积S：以边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，大于半个的算一个，不足半个的舍去。 3.计算油酸分子的直径：d=(注意单位统一)。 三、注意实验细节 1.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(溶液滴下之前)时，会发现针头下方的粉层已被排开，这是针头中酒精挥发所致，不影响实验效果。 2.待测油膜扩散后又会收缩，要在油膜的形状稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因：①水面受溶液液滴冲击凹陷后又恢复；②酒精挥发后液面收缩。 3.当重做实验时，将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，这样做可保持浅盘的清洁。 4.本实验只要求估测油酸分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。 四、做好误差分析 1.纯油酸体积的计算引起误差。 2.油膜面积的计算造成误差。 3.油膜形状的边界画线造成误差。 4.油酸酒精溶液浓度的改变造成误差。 二、应用发展/练中融通 1.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中： (1)下列说法正确的是_________。  A.将油膜看成单分子层油膜是一种理想化假设 B.实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精的作用是对油酸进行稀释 C.用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，若100滴溶液的体积是1 mL，则1滴溶液中含有油酸10-2 mL D.在计算油膜面积时，只需要数出完整方格的数目，对不完整的方格均不计数 AB 解析：在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，分子直径是依据体积与面积之比求出的，所以需要将油膜看成单分子层油膜，不考虑各油酸分子间隙，是一种理想化假设，故A正确；油酸可以溶于酒精，因此酒精对油酸起稀释作用，方便测量，故B正确；1滴溶液的体积是10-2 mL，含有纯油酸的体积小于10-2 mL，故C错误；全部完整方格内的油膜面积小于真实油膜面积，应计算面积大于半格的个数，故D错误。 (2)某老师为本实验配制油酸酒精溶液，实验室配备的器材有：面积为0.22 m2的蒸发皿、滴管、量筒(50滴溶液滴入量筒体积约为1毫升)、纯油酸和无水酒精若干。已知分子直径数量级为10-10 m，则该老师配制的油酸酒精溶液浓度(油酸与油酸酒精溶液的体积比)至多为_________‰(保留2位有效数字)。  1.1 解析：由题意，形成油膜的面积不能超过蒸发皿的面积，当油膜面积等于蒸发皿面积时，油酸酒精溶液浓度最大。一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积最大为V0=dS=10-10 m×0.22 m2=2.2×10-11 m3，一滴油酸酒精溶液的体积V= cm3=2×10-8 m3，则油酸酒精溶液浓度至多为=1.1 ‰。 2.(2025·福建晋江质检)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中： (1)请选出并补齐必要的实验操作，并将它们按操作先后顺序排列：A、____________、F。(用字母表示)  D、E、B 解析：该实验的顺序：A测定一滴油酸酒精溶液的体积，D准备浅水盘，E在浅水盘中撒入少量爽身粉，B滴入一滴油酸酒精溶液，F估算油膜面积。 (2)实验所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中含有纯油酸 6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液为80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， 用笔在玻璃板上描出油膜的轮廓形状，再把玻 璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示， 坐标纸中正方形方格的边长为1 cm。 ①油膜的面积是___________________cm2。  ②按以上实验数据估测油酸分子的直径为____________________ ________________m(保留2位有效数字)。  ③利用单分子油膜法可以粗测分子的大小和阿伏伽德罗常数。如果已知体积为V的一滴油酸在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油酸的密度为ρ，摩尔质量为M，则阿伏伽德罗常数的表达式 为______________ 。  120(118~122均可) 6.3×10-10(6.1×10-10~ 6.4×10-10均可) NA= 解析：①根据题图中描绘的轮廓，不足半格舍去，大于半格算一格，共计120个方格，所以油膜的面积为120×1×1 cm2=120 cm2。 ②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是V=× mL= 7.5×10-6 mL，估测油酸分子的直径为d== ≈6.3×10-10 m。 ③单个油酸分子的直径为d0=，单个油酸分子的体积为V0=π=π×=，摩尔体积为Vmol=， 阿伏伽德罗常数为NA==。 3.某同学在实验室用油膜法测油酸分子直径，实验主要步骤如下： ①向体积V油=6 mL的油酸中加酒精，直至总量达到V总=104 mL； ②用注射器吸取①中油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n=75滴时，测得其体积恰好是V0=1 mL； ③先往浅盘里倒入2 cm深的水，然后将痱子粉均匀地撒在水面上； ④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油膜的形状； ⑤将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，数出轮廓范围内小方格的个数N，小方格的边长为L=1 cm。 根据以上信息，回答下列问题： (1)一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为__________m3；油酸分子直径为__________ m。(以上结果均保留1位有效数字)  解析：每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V=× mL= 8×10-6 mL=8×10-12 m3，油膜的面积S=127×1 cm2=127 cm2= 1.27×10-2 m2，油酸分子的直径d== m≈6×10-10 m； 8×10-12 6×10-10 (2)若75滴油酸酒精溶液的体积不足1 mL，则最终的测量结果将偏________ (选填“大”或“小”)。  解析：若75滴油酸酒精溶液的体积不足1 mL，则代入计算的纯油酸的体积偏大，可知测量值偏大； 大 (3)若油酸酒精溶液长时间静置，则最终的测量结果将偏________ (选填“大”或“小”)。  解析：若油酸酒精溶液长时间静置，则浓度变大，最终得到的油膜的面积变大，可知测量值偏小。 小 4.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，则油膜的面积为_________________________________m2。  解析：每个小方格的面积为S1=(10 mm)2=1×10-4 m2，大于半格的算一格，小于半格的舍去，则油膜的面积约为S=80S1=80×10-4 m2 =8.0×10-3 m2。 8.0×10-3(7.8×10-3~8.2×10-3均可) (2)每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为____________m3。  解析：每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V= mL =5.0×10-12 m3。 5.0×10-12 (3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径为____________________ ________________m。  解析：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≈6.3×10-10 m。 6.3×10-10(6.1×10-10~ 6.4×10-10均可) 5.(1)在“用油膜法估测油酸分子大小”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100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸酒精溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在水面上形成油膜，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。坐标格的每个小正方形大小为2 cm×2 cm。 由图甲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(保留一位有效数字)。  260(256~264均可) 8×10-10 解析：数油膜所占的正方形格数时，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面积为S=65×2×2 cm2=260 cm2，2滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为V=2×× mL=2×10-5 cm3，油酸分子的直径为d==≈8×10-8 cm=8×10-10 m。 (2)为了尽可能准确地估测出油酸分子的大小，下列哪些措施是可行的________。  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 BD 解析：为了能形成单分子油膜，油酸浓度应适当小些；绘制轮廓图应在油酸扩散并收缩稳定后进行，否则测量的面积会偏大，故选B、D。 (3)图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片：48个铁原子在铜的表面排列成圆圈，构成了“量子围栏”。为了估算铁原子直径，查到以下数据：铁的密度ρ=7.8×103 kg/m3，摩尔质量M=5.6× 10-2 kg·mol-1，阿伏伽德罗常数NA=6.0×1023 mol-1。若将铁原子简化为球体模型，铁原子直径的表达式D=__________，铁原子直径约为 __________m(结果保留一位有效数字)。  3×10-10 解析：单个铁原子的体积为=π， 整理得D=， 代入数据解得D≈3×10-10 m。 6.(2025·福建邵武质检)做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。 (1)下列实验步骤的正确顺序是__________ (填写实验步骤前的序号)。  a.往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上 b.用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状 稳定 dabec c.将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子直径的大小 d.用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积 e.将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上 解析：实验过程应先用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积，后往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上，再用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定，随后将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上，最后将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子直径的大小。即实验步骤的正确顺序是dabec。 (2)实验中，所用油酸酒精溶液每V1体积溶液 中有纯油酸V2体积，用注射器和量筒测得V0体积 的上述溶液有n滴，把一滴该溶液滴入盛水的撒 有痱子粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中每个小正方形格的边长为a，则油膜的面积S=___________ __________；可求得油酸分子的直径为__________ (用V1、V2、V0、n、S表示)。  71a2(70a2~ 72a2均可) 解析：根据数格子的办法，多于半格的算一格，少于半格的舍去，油膜的总格数为71格，则油膜总面积为S=71a2；由于所用油酸酒精溶液每V1体积溶液中有纯油酸V2体积，则溶液的浓度为x=，用注射器和量筒测得体积为V0的上述溶液有n滴，则一滴溶液中纯油酸的体积为V=x，油酸分子直径为d=，联立解得d=。 (3)某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，可能是因为__________。  A.油膜中含有大量未挥发的酒精 B.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格 C.水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开 D.用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴 BC 解析：根据d=，油膜中含有大量未挥发的酒精，会导致油膜面积测量值偏大，则油酸分子直径测量值偏小，故A错误；计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，会导致油膜面积测量值偏小，则油酸分子直径测量值偏大，故B正确；水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，会导致油膜面积测量值偏小，则油酸分子直径测量值偏大，故C正确；用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴，会导致油酸体积测量值偏小，则油酸分子直径测量值偏小，故D错误。 $$