2026届高考物理一轮复习讲义：用油膜法估测油酸分子的大小

实验十九 用油膜法估测油酸分子的大小 一、实验目的 1．估测油酸分子的大小。 2．学会间接测量微观量的原理和方法。 二、实验原理 实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小。当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成如图甲所示形状的一层纯油酸薄膜。如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分子的大小。用V表示一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积，用S表示单分子油膜的面积，用d表示油酸分子的直径，如图乙所示，则d＝。 三、实验器材 清水、浅盘、注射器（或胶头滴管）、坐标纸、玻璃板、痱子粉（或石膏粉）、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。 四、实验步骤 1．在浅盘中盛入适量的水（约2 cm深），静置一段时间使水处于稳定状态。 2．用注射器（或胶头滴管）取事先配好的体积浓度为k的油酸酒精溶液，逐滴滴入量筒中，记下滴入1 mL溶液的滴数N。 3．将适量痱子粉均匀地撒在水面上。 4．用注射器（或胶头滴管）靠近水面将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。 5．待油酸膜的面积稳定后，把玻璃板放在浅盘上，用彩笔描绘出油膜的形状。 五、数据处理 1．计算一滴溶液中油酸的体积：V＝（mL）。 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．计算油酸的分子直径：d＝（注意单位统一）。 六、注意事项 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。 七、实验误差分析及减小误差措施 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 在“用油膜法估测分子的大小”实验中， （1）该实验中的理想化假设是________。 A．将油膜看成单分子层油膜　　　　　　　　　B．不考虑各油酸分子间的间隙 C．不考虑各油酸分子间的相互作用力　　　　　D．将油酸分子看成球形 （2）实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是________。 A．可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓 B．对油酸溶液起到稀释作用 C．有助于测量一滴油酸的体积 D．有助于油酸的颜色更透明便于识别 （3）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体积浓度（油酸与油酸酒精溶液的体积比）至多为________‰（保留两位有效数字）。 （1）ABD；（2）B；（3）1.1 （1）在“用油膜法估测分子的大小”实验中，认为油酸分子是球形，紧密的一个挨着一个中间没有间隙，形成溶液后薄薄的铺在水面上，形成单分子油膜，从而用油酸的体积除以油膜的表面积等于油酸分子的直径。故选ABD。 （2）A、由于油酸不溶于水，无论是否有酒精，油酸和痒子粉之间形成清晰的边界轮廓，故A错误； B、用酒精将油酸稀释制成油酸酒精溶液，可以减少滴到水面上油酸的量，使更容易测量油酸的面积并且当滴到水面上时，酒精迅速溶于水，很容易形成单分子油膜，因此酒精起到稀释作用，故B正确； C、一滴油酸的体积和一滴溶液的体积测量方法相同，都是由注射器上的刻度读取溶液的总体积，再一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数，从而用总体积除以总滴数算出一滴的体积，故C错误； D、油酸的颜色和油酸酒精溶液基本都是无色的，故D错误；故选B。 （3）根据题意可知，形成的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的面积时，油酸酒精溶液浓度最大。一滴油酸的体积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，则此油酸酒精溶液的体积浓度至多为＝1.1 ‰。 在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为c，又用滴管测得每N滴这种油酸酒精溶液的总体积为V，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上（如图所示），测得油膜占有的小正方形个数为X。 （1）每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积的表达式V0＝__________。 （2）油膜的面积表达式S＝________，从图中可数出小正方形的有效个数X＝________。 （3）用以上字母表示油酸分子的直径表达式D＝_________。 （1）；（2）Xa2；55；（3） （1）由题意可知，一滴酒精油酸溶液的体积V′＝，其中纯油酸的体积V0＝。 （2）所形成的油膜的面积为S＝Xa2；超过半格的算一个，不足半格的舍去，从图中可数出小正方形的有效个数X＝55。 （3）纯油酸的体积V0＝DS，D＝＝。 （1）一滴油酸溶液的平均体积：。 （2）一滴油酸溶液中含纯油酸的体积：V＝×油酸溶液的体积比。（体积比＝） （3）油膜的面积S＝n×1 cm2。（n为有效格数，小方格的边长为1 cm多于半个的算一个，不足半个的舍去） （4）分子直径d＝。（代入数据时注意统一单位和有效数字的保留） 1．（2024·北京市市辖区·模拟题）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，待薄膜形状稳定 c．将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积。根据油酸的体积和油酸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，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上 （2）实验中，所用油酸酒精溶液每体积溶液中有纯油酸体积，用注射器和量筒测得体积为的上述溶液有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，得到油酸薄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，则油酸薄膜的面积S＝__________；可求得油酸分子的直径为__________（用、、、n、S表示）。 （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．油膜中含有大量未溶解的酒精 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．用注射器和量筒测体积溶液滴数时多记录了几滴 （1）dabbed；（2） ；（3）BC （1）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，待薄膜形状稳定，随后将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上，最后将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积。根据油酸的体积和油酸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）根据数格子的办法， 多于半格算一格， 少于半格舍去， 油膜的总格数为71格，则油膜总面积为 由于所用油酸酒精溶液每体积溶液中有纯油酸体积，则溶液的浓度为 用注射器和量筒测得体积为的上述溶液有n滴，则一滴溶液中纯油酸的体积为 油酸分子直径为 解得 （3）A．油膜中含有大量未溶解的酒精，导致油膜面积测量值偏大，根据上述可知，油酸分子直径测量值偏小，故A错误； B．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，导致油膜面积测量值偏小，根据上述可知，油酸分子直径测量值偏大，故B正确； C．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，导致油膜面积测量值偏小，根据上述可知，油酸分子直径测量值偏大，故C正确； D．用注射器和量筒测体积溶液滴数时多记录了几滴，导致油酸体积测量值偏小，根据上述可知，油酸分子直径测量值偏小，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$