实验09：用油膜法估测分子直径(优.选)

1、实验九：用油膜法估测分子直径【实验播放】1实验目的：(1) 知道本实验的原理及所需的器材，了解实验注意的事项。 会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积。(3) 会计算分子的大小，处理好实验数据。(4) 领会本实验方法构思的特点，理解间接测量微观量的思想。2、实验原理：油酸分子的一端具有亲水性，另一端具有憎水性，当把酒精稀释过的油酸滴在水面 上时，油酸便在水面上散开，其中酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成有自由边界 的一层纯油酸薄膜，形成单分子油膜。如果将油酸看作是球状模型，测出一定体积的油 酸溶液在水面上形成的油膜面积，计算出油膜的厚度，这个厚度就等于分子的直径。3、实验器材

2、盛水的容器，在溶液刻度并能使油滴溶液一滴一滴下落和滴管或注射器，一个量筒， 按一定的比例(一般为1： 200)稀释了的油酸溶液，带有坐标方格的透明有机玻璃盖板(面积略大小容器的上表面积)，少量痱子粉或石膏粉，彩笔。4、实验步骤(1) 用注射器或滴管将一定容积的油酸溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积的滴数，求出一滴油酸溶液中所含纯油酸的体积V。(2) 向容器中倒入约 2cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上。(3) 小心地将一滴油酸溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜。(4) 轻轻地将有机玻璃盖板放到容器上，用彩笔将油酸膜的形状画在玻璃板上。利用坐标方格计算出油膜的面积S,再

3、根据一滴溶液中纯油酸的体积和油膜的面积求出油膜的厚度 D =V，即为所测分子和直径。S5、数据处理(1)计算分子直径时，注意加的不是纯油酸，而是酒精油酸溶液，在利用公式d=V计S 算时，式中的 V不是溶液的体积而应该进行换算，计算出 1滴酒精油酸溶液中纯油酸 的体积，方法是：设n滴酒精油酸溶液是1mL ,则每1滴的酒纯油酸溶液的体积是 1 mL ,n111事先知道配制溶液的比例是 一，贝U 1滴溶液中的纯油酸体积 V=- 一 mL。式中的SMn M是滴入水中后，纯油酸形成的油膜，其面积用数坐标纸上对应的格数来计算，以1cm为边长的坐标纸上占了多少个格，其面积就是多少平方厘米，数格时，不足半个格

4、的舍去， 多于半格的算1个格这样就可粗略地计算出油酸分子的直径.6、注意事项(1)痱子粉不要撒得太多，只要能够帮助看清油膜边界即可。滴入油酸溶液时，一定要细心，不要一下滴得太多，使油膜的面积过大。(3)待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓扩散后又收缩有两个原因：第一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复；第二是酒精挥发后液面收缩.利用坐标求油膜面积时，以边长 1cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数时，不足一个的均算半个。(5) 当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧面会残留油酸，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盘的清洁.7、误差分析(1)由于我们是采用间接测量的方式测

5、量分子的直径，实验室中配制的酒精溶液的浓度、油酸在水面展开的程度、油酸面积的计算都直接影响测量的准确程度。虽然分子直径的数量级应在10-10m。但中学阶段，对于本实验只要能测出油酸分子直线的数量级在10-9m上即可认为是成功的。【试题解析】rr r riTTTETn-n例1在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL ,用注射器测得1mL上述溶液75滴.把1滴该溶 液滴人盛水的浅盘里，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酸的轮廓，再把玻璃板放 在坐标纸上，其形状和尺寸如图1所示.坐标中正方形方格的边长为1cm，试求：(1)

6、油酸膜的面积是多少 cm2 ?(2) 每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积？按以上实验数据估测出油酸分子的直径.解析(1)由图形状，其中正方形方格 87个，用补偿法近似处理，可补 19个整小方格.实际占小方格 87+19=106，那么油膜面积 S=106 X 1 cm2=106 cm2.由1mL溶液中有75滴，1滴溶液的体积1mL .又每104mL溶液中有纯油酸6mL ,1 6 175mL溶液中纯油酸的体积V市X 75 mL=8 X 10-6mL.油酸分子直径 D= V =7.5 X 10-10m。例2 在用油膜法估测分子的大小实验中，已知一滴溶液中油酸的体积为V，配制的油酸溶液中，纯油酸与溶液

7、体积之比为1： 500，1mL溶液油酸25滴，那么1滴溶液的体积是 mL，所以一滴溶液中油酸体积为 cm3，若实验中测得结果如下表所示，请根据所给数据填写出空白处的数值，并与公认的油酸分子长度值Lo=1.12 X10-10m做比较，并判断此实验是否符合数量级的要求.次数S(cm2)L冷（10伽l的平均值1533249335631解析由题给条件得，1滴溶液的体积 V= 一 mL，由题意可知：1滴溶液中油酸体25积-1 X 丄 cm3=8 X 10-5cm3.50025据此算得3次测得L的结果分别为1.50 X 10-7cm、1.62 X 10-7cm、1.42 X 10-7cm，其 平均值l=

8、L1 L2 L3 =1.51 x 10-7cm =1.51 X 10-10m,这与公认值的数量级相吻合，故本3次估测数值符合数量级的要求.【实验拓展】1. 学科间综合例3 油酸分子式是 C17H33COOH，其中对水有很强的亲和力，故当它滴入水中时，油酸分子能 在水中，形成一个 油膜.解析 油酸的化学分子式是 C17H33COOH 它的一个分子可以设想为两部分组成:部分是C17H33-，它不受水的吸引；另一部分是-COOH，它对水有很强的亲合力.经过酒精稀释的油酸滴在水面上形成近似圆形的油膜， 酒精溶于水并挥发后，在水面上形成一层单分子纯 油酸层，其中C17H33-冒出水面，而-COOH部分在

9、水 中如图2所示，估算油酸分子的最大长度只需求 出这层油膜的厚度即可.2. 分子间距离的计算例4 如图3所示,食盐（NaCI）的晶体是由钠离子（图中O ）和 氯离子（图中）组成的这两种离子在空间中三个互相垂直的方 向上,都是等距离地交错排列的.已知食盐的摩尔质量是 58.5g/mol,食盐的密度是2.2g/cm3.阿伏伽德罗常数为6.0 X 1023mol-1 .在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离的 数值最接近于（就下面四个数值相比）.A.3.0 x 10-8cmB.3.5 x 10-8cmC.4.0 x 10-8cmD.5.0 x 10-8cm解析由题意可知，每立方厘米所含食盐的摩

10、尔数为a=2Mmol/cm3，其所包含的58.5分子数为n= Z：2 x 6.0x 1023=2.26 x 1022个/cm3，则所含离子数为2n,则每个离子所占有58.5的体积为Vo= x 10-22cm3=2.2 x 10-23 cm3，将离子视为立方体，则两个距离最近的2 2.26钠离子中心间的距离为其立方体的边长的、2倍，即d=、.2 3 v0 =3.9 x l0-8cm，即答案C正确。【考点训练】1 .如何利用注射器较准确地测出1 mL油酸溶液的体积？2 在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，准备以下器材：酒精稀释过的油酸、滴管、痱子粉、浅盘及水、玻璃板，还缺少的器材有（）A .彩笔

11、B .量筒C .方格坐标纸D .深水槽3 在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，关于油膜面积的测量方法，下列做法中正确的是 （）A 油酸酒精溶液滴入水中后，应立即用刻度尺去量油膜的面积B 油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能地散开，再用刻度尺去量油膜的面积C 油酸酒精溶液滴入水中后，应立即将油膜的轮廊画在玻璃板上，再利用坐标纸去计算油膜的面积.D .油酸酒精溶液滴入水中后， 应让油膜尽可能散开， 再把油膜的轮廓画在玻璃板上， 然后用坐标纸去计算油膜的面积.4 在做“用油膜法测分子大小”的实验中，为什么要待容器中的水稳定后才进行测量？若油酸分子直径的数量级为10-10m，某同学的测量结果大于这

12、个数量级，试分析可能的原因.5 下列关于“用油膜法估测分子的大小”说法中，错误的是（）A 油膜法可以非常准确地将油膜分子的直径测量出来B 油膜法只能估测出分子直径的数量级C .为了使测量更准确些，应该保持容器的清洁，在实验过程中注意浅盘的稳定性D .实验的误差主要出在数出1 mL溶液可以滴多少滴以及一滴溶液中含有多少体积纯油酸的计算上，为准确起见，应在实验前加强练习，多测几次取平均值6. 在计算一滴稀释油酸的体积时，要数出1mL溶液中可以滴n滴，从而计算出一滴溶液中含有 mL的纯油酸.（每1 mL溶液含L mL纯油酸）7 .对于油酸分子竖立在水面上，下列说法正确的是（）A .油酸分子可分为两个

13、部分，其中 -COOH对水有很强的亲和力，故能使油酸分子竖立漂在水面上，形成单分子油膜层B .油酸分子可分为两个部分，其中C17H33-对水有很强的亲和力，故能使油膜分子竖立在水中，形成单分子油膜层C. 油膜分子竖立水中时，油膜分子两个部分中的-COOH留在水里，C17H33-露出水 面D .油膜分子竖立水中时，它两个部分中的-COOH露出水面而C17H33-留在水中&粗测油酸分子大小的实验中，具体操作如下： 取油酸I.OOmL注入250mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到 250mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸的酒精溶液. 用滴管吸取制得的溶液逐滴滴人量筒，

14、记录滴人的滴数直到量筒达到I.OOmL为止，恰好共滴了 100滴. 在水盘内注入蒸馏水，静置后滴管吸取油酸的酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶 液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一油膜. 测得此油膜面积为 3.60 x 102cm2.(1) 这种粗测方法是将每个分子视为 ,让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜面积可视为 ，这层油膜的厚度可视为油分子的 。(2) 利用数据可求得油酸分子的直径为 m.9 .下面哪些措施可以减小“用油膜法估测分子的大小”的实验的误差().A .装在浅盘中的水用蒸馏水D. 向水中滴油酸酒精溶液液滴时，只要注射器针尖离水面近一些就可以，没有其他要求C .在描

15、绘油膜形状时，透明盖板要离水面近些D .在油膜稳定后再描绘油膜的形状10.在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，油酸酒 精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸 6 mL .用注射器测 得1 mL上述溶液中有液滴 50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，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图 所示，坐标纸中正方形小方格的边长为20 mm .求：(1)油酸膜的面积；(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积;(3) 根据上述数据，估测出油酸分子的直径.【答案与提示】1. 在将注射器中注满油酸溶液后，应首先使针头朝上，把气泡排出，再使注射

16、器针头竖 直朝下.一般来说用手下推活塞很难保证活塞匀速运动，易造成油滴大小不一，而拔出 活塞，让油酸溶液在重力作用下自由滴下效果较好.2. ABC3. 对实验要点熟悉之后，很容易得出答案：D.4 因水不稳定时易发生波动及振动，不易形成完整、准确的膜，从而导致误差较大原 因可能是油酸酒精浓度过大，一滴混合溶液中油酸的体积就大，形成单分子的油膜面积 就大而盛水的容器面积不够，油酸散到容器边上时散不开，即不能形成尽量薄的单分 子油膜，造成测量误差较大也可能盛水容器太小，痱子粉撒得过厚也是造成测量误差 的原因.5. A 6.7. AC& 球形单分子油膜直径 (2)1.11 X 10-9。9蒸馏水中不含杂质，不致对实验产生影响，因此A选项正确在向水中滴油酸溶液液滴时，注射器针尖要尽量靠近水面，避免对水面产生太大的冲击如果液滴下落高度太 大，对水面冲击太大，会形成爆炸式的、含有大锯齿形的油膜面，给测量造成困难同 时，滴液滴时还要求滴在膜的中央，因此B选项错误在描绘油膜形状时，盖板离水面近些便于描绘，C选项正确同时还要注意：眼睛应在油膜的正上方，并使视线与油 膜垂直；在描绘过程中要避免引起水面振动在油酸溶液液滴滴入水中后，会发现油 膜面积先增大、后减小的现象，这是因为油膜中的无水乙醇的溶解和蒸发需要时间，一 般在大油膜形