2021屆山東新高考物理一輪復(fù)習(xí)講義：第12章實(shí)驗(yàn)17　用油膜法估測(cè)分子大小

實(shí)驗(yàn)十七　用油膜法估測(cè)分子大小一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>1．估測(cè)油酸分子的大小。2．學(xué)會(huì)間接測(cè)量微觀量的原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)采用使油酸在水面上形成一層單分子油膜的方法估測(cè)分子的大小。當(dāng)把一滴用酒精稀釋過的油酸滴在水面上時(shí)，油酸就在水面上散開，其中的酒精溶于水，并很快揮發(fā)，在水面上形成如圖甲所示形狀的一層純油酸薄膜。如果算出一定體積的油酸在水面上形成的單分子油膜的面積，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純油酸的體積，用S表示單分子油膜的面積，用d表示分子的直徑，如圖乙所示，則d＝。甲　　　　　　　乙三、實(shí)驗(yàn)器材盛水淺盤、注射器(或滴管)、容量瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉(或細(xì)石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩筆。四、實(shí)驗(yàn)步驟1．用稀酒精溶液及清水清洗淺盤，充分洗去油污、粉塵，以免給實(shí)驗(yàn)帶來誤差。2．配制油酸酒精溶液，取純油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶?jī)?nèi)注入酒精，直到液面達(dá)到500 mL刻度線為止，搖動(dòng)容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中，這樣就得到了500 mL含1 mL純油酸的油酸酒精溶液。3．用注射器(或滴管)將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并記下量筒內(nèi)增加一定體積Vn時(shí)的滴數(shù)n。4．根據(jù)V0＝算出每滴油酸酒精溶液的體積V0。5．向淺盤里倒入約2 cm深的水，并將痱子粉或細(xì)石膏粉均勻地撒在水面上。6．用注射器(或滴管)將一滴油酸酒精溶液滴在水面上。7．待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，并將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上。8．將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S(求面積時(shí)以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1 cm的正方形為單位計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)，不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè))。9．根據(jù)油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V，并代入公式d＝算出油酸薄膜的厚度d。10．重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，多測(cè)幾次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即為油酸分子直徑的大小。五、數(shù)據(jù)處理根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)，完成以下表格內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)次數(shù)量筒內(nèi)增加1 mL溶液時(shí)的滴數(shù)輪廓內(nèi)的小格子數(shù)輪廓面積S1   2   3   4    實(shí)驗(yàn)次數(shù)一滴純油酸的體積V分子的大小(m)平均值    1   2   3   4   六、注意事項(xiàng)1．注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1 cm之內(nèi)，當(dāng)針頭靠水面很近(油酸未滴下之前)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開，這是針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實(shí)驗(yàn)效果。2．待測(cè)油酸薄膜擴(kuò)散后又會(huì)收縮，要在油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后再畫輪廓。擴(kuò)散后又收縮有兩個(gè)原因：①水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復(fù)；②酒精揮發(fā)后液面收縮。3．當(dāng)重做實(shí)驗(yàn)時(shí)，將水從淺盤的一側(cè)邊緣倒出，在這側(cè)邊緣會(huì)殘留油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去再用清水沖洗，這樣做可保持淺盤的清潔。4．本實(shí)驗(yàn)只要求估測(cè)分子的大小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)量級(jí)符合要求即可。 實(shí)驗(yàn)操作及注意事項(xiàng)1．(多選)(2019·湖北省武漢市調(diào)研)在“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，下列做法正確的是(　　)A．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滴溶液的體積是1 mL，則1滴溶液中含有油酸10－2 mLB．往淺盤里倒入適量的水，再將痱子粉或細(xì)石膏粉均勻地撒在水面上C．用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，同時(shí)將玻璃板放在淺盤上，并立即在玻璃板上描下油酸膜的形狀D．根據(jù)1滴油酸酒精溶液中油酸的體積V和油膜面積S就可以算出油膜厚度d＝，即油酸分子的大小BD　[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滴溶液的體積是1 mL，則1滴油酸酒精溶液的體積是10－2 mL，含有油酸的體積小于10－2 mL，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；往淺盤里倒入適量的水，再將痱子粉或細(xì)石膏粉均勻地撒在水面上，選項(xiàng)B正確；用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，同時(shí)將玻璃板放在淺盤上，待油酸在液面上分布均勻并穩(wěn)定后，在玻璃板上描下油酸膜的形狀，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)1滴油酸酒精溶液中油酸的體積V和油膜面積S就可以算出油膜厚度d＝，即油酸分子的大小，選項(xiàng)D正確。]2．“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)要步驟如下：A．將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，數(shù)出輪廓內(nèi)的方格數(shù)(不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè))，再根據(jù)方格的邊長(zhǎng)求出油膜的面積S。B．將一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將薄膜的形狀描畫在玻璃板上。C．用淺盤裝入約2 cm深的水。D．用公式d＝求出薄膜厚度，即油酸分子直徑的大小。E．根據(jù)油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V。(1)上述步驟中有步驟遺漏或步驟不完全，請(qǐng)指出：①                                                  ；②                                                  。(2)上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是        。[解析](1)①C步驟中，要在水面上均勻地撒上細(xì)石膏粉或痱子粉。②實(shí)驗(yàn)中，要有步驟F：用注射器或滴管將事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，記下量筒內(nèi)增加一定體積時(shí)的滴數(shù)。(2)合理順序?yàn)?/span>CFBAED。[答案](1)見解析　(2)CFBAED3．在做“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中：(1)關(guān)于油膜面積的測(cè)量方法，下列說法中正確的是(　　)A．油酸酒精溶液滴入水中后，要立刻用刻度尺去量油膜的面積B．油酸酒精溶液滴入水中后，要讓油膜盡可能地散開，再用刻度尺去量油膜的面積C．油酸酒精溶液滴入水中后，要立即將油膜的輪廓畫在玻璃板上，再利用坐標(biāo)紙去計(jì)算油膜的面積D．油酸酒精溶液滴入水中后，要讓油膜盡可能散開，等到形狀穩(wěn)定后，再把油膜的輪廓畫在玻璃板上，用坐標(biāo)紙去計(jì)算油膜的面積(2)實(shí)驗(yàn)中，將1 cm3的油酸溶于酒精，制成200 cm3的油酸酒精溶液，又測(cè)得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴，現(xiàn)將1滴溶液滴到水面上，水面上形成0.2 m2的單分子薄層，由此可估算油酸分子的直徑d＝         m。[解析](1)在做“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，油酸酒精溶液滴入水中后，油膜會(huì)散開，待穩(wěn)定后，再在玻璃板上畫下油膜的輪廓，用坐標(biāo)紙計(jì)算油膜面積，故D對(duì)。(2)一滴油酸酒精溶液里含純油酸的體積V＝× cm3＝1×10－10 m3，油酸分子的直徑d＝＝ m＝5×10－10 m。[答案](1)D　(2)5×10－10 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1．(2019·銀川質(zhì)檢)在“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，用a mL的純油酸配制成b mL的油酸酒精溶液，再用滴管取1 mL油酸酒精溶液，讓其自然滴出，共n滴?，F(xiàn)在讓其中一滴落到盛水的淺盤內(nèi)，待油膜充分展開后，測(cè)得油膜的面積為S cm2，則：(1)估算出油酸分子的直徑大小是         cm。(2)用油膜法測(cè)出油酸分子的直徑后，要測(cè)定阿伏加德羅常數(shù)，還需要知道油酸的        。A．摩爾質(zhì)量   B．摩爾體積C．質(zhì)量   D．體積[解析](1)油酸酒精溶液的濃度為，一滴油酸酒精溶液的體積為  mL，一滴油酸酒精溶液含純油酸  mL，則油酸分子的直徑大小為d＝ cm。(2)設(shè)一個(gè)油酸分子體積為V，則V＝π3，由 NA＝ 可知，要測(cè)定阿伏加德羅常數(shù)，還需知道油酸的摩爾體積，故B正確。[答案](1)　(2)B2．(2019·江蘇無錫聯(lián)考)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室用油膜法測(cè)油酸分子直徑，實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：①向體積V油＝6 mL的油酸中加酒精，直至總量達(dá)到V總＝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，當(dāng)?shù)稳?/span>n＝75滴時(shí)，測(cè)得其體積恰好是V0＝1 mL；③先往淺盤里倒入2 cm深的水，然后將痱子粉均勻地撒在水面上；④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的玻璃板放在淺盤上，并在玻璃板上描下油酸膜的形狀；⑤將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，如圖所示，數(shù)出輪廓范圍內(nèi)小方格的個(gè)數(shù)N，小方格的邊長(zhǎng)為L＝1 cm。根據(jù)以上信息，回答下列問題：(1)一滴油酸酒精溶液中含有油酸的體積為       m3；油膜面積為         m2；油酸分子直徑為         m。(以上結(jié)果均保留一位有效數(shù)字)(2)若滴入75滴油酸酒精溶液的體積不足1 mL，則最終的測(cè)量結(jié)果將偏        (選填“大”或“小”)。[解析](1)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積V＝× mL＝8×10－6 mL＝8×10－12 m3。油膜的面積S＝112×1 cm2＝112 cm2 ≈1×10－2 m2。油酸分子的直徑d＝＝ m＝8×10－10 m。(2)若滴入75滴油酸酒精溶液的體積不足1 mL，則代入計(jì)算的純油酸的體積偏大，可知測(cè)量值偏大。[答案](1)8×10－12　1×10－2　8×10－10　(2)大3．測(cè)量分子大小的方法有很多，如油膜法、顯微法。(1)在“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入標(biāo)注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液。然后用滴管吸取這種溶液，向小量筒中滴入50滴溶液，溶液的液面達(dá)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淺盤中滴下1滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜穩(wěn)定后，放在帶有正方形坐標(biāo)格的玻璃板下觀察油膜，如圖甲所示。坐標(biāo)格中每個(gè)小正方形方格的大小為2 cm×2 cm。由圖可以估算出油膜的面積是       cm2，由此估算出油酸分子的直徑是         m(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。甲　　　　　　乙(2)如圖乙是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個(gè)“量子圍欄”的照片。這個(gè)量子圍欄是由48個(gè)鐵原子在銅的表面排列成直徑為1.43×10－8 m的圓周而組成的。由此可以估算出鐵原子的直徑約為         m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。[解析](1)數(shù)油膜的正方形格數(shù)，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面積S＝64×2 cm×2 cm＝256 cm2。溶液濃度為，每滴溶液體積為 mL,1滴溶液中所含油酸體積為V＝2×10－5 cm3。油膜厚度即油酸分子的直徑是d＝≈8×10－10 m。(2)直徑為1.43×10－8 m的圓周周長(zhǎng)為D＝πd≈4.49×10－8 m，可以估算出鐵原子的直徑約為d′＝ m≈9.4×10－10 m。[答案](1)256　8×10－10　(2)9.4×10－10