实验09：用油膜法估测分子直径

1、- - - -实验九：用油膜法估测分子直径【实验播放】1、实验目的：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。会计算分子的大小，处理好实验数据。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、实验器材盛水的容器，在溶

2、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。向容器中倒入约2cm深的水，将痒子粉均匀地撒在水面上。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。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=

3、V，即为所测分子和直径。S5、数据处理计算分子直径时，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-mL,n事先知道配制溶液的比例是丄，则1滴溶液中的纯油酸体积V=-丄mL。式中的SMnM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lcm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、注意事项痱子粉不要撒得太多，只要

4、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。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lcm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。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、误差分析由于我们是采用间接测量的方式测量分子的直径，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

5、级应在10-1。m。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】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：油酸膜的面积是多少cm2?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

6、小方格实际占小方格87+19=106，那么油膜面积S=106X1cm2=106cm2.由1mL溶液中有75滴,1滴溶液的体积7汕又每。皿溶液中有纯油酸沁，丄mL溶液中纯油酸的体积V=X丄mL=8X10-6mL.7510475(3)油酸分子直径D=V=7.5X10-1om。S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，纯油酸与溶液体积之比为1：500,ImL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L0=1.12X10-iom做比较，并判断

7、此实验是否符合数量级的要求.次数S(cm2)L=(10-7cm)SL的平均值153324933563解析由题给条件得，1滴溶液的体积叫mL，由题意可知：1滴溶液中油酸体积X丄cm3=8X10-5cm3.50025据此算得3次测得L的结果分别为1.50X10-7cm、1.62X10-7cm、1.42X10-7cm,其平均值L=L+L2+L3=1.51X10-7cm=1.51X10-10m，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】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

8、子式是c17h33cooh.它的一个分子可以设想为两部分组成：一部分是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.分子间距离的计算例4如图3所示，食盐（NaCl）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

9、常数为6.0X1023mol-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.3.0X10-8cmC.4.0X10-8cmB.3.5X10-8cmD.5.0X10-8cm解析由题意可知，每立方厘米所含食盐的摩尔数为a=23mol/cm3,其所包含的58.5分子数为n=22X6.0X1023=2.26X1022个/cm3,则所含离子数为2n,则每个离子所占有58.5的体积为V0=1X10-22cm3=2.2X10-23cm3，将离子视为立方体，则两个距离最近的022.26钠离子中心间的距离为其立方体的边长的、厅倍，即d=Jl3：可=3.9X10

10、-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1mL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()彩笔B.量筒C.方格坐标纸D.深水槽在“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()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.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

11、璃板上，然后用坐标纸去计算油膜的面积.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个数量级，试分析可能的原因.下列关于“用油膜法估测分子的大小”说法中，错误的是()油膜法可以非常准确地将油膜分子的直径测量出来油膜法只能估测出分子直径的数量级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实验的误差主要出在数出1mL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

12、一滴溶液中含有mL的纯油酸.(每1mL溶液含LmL纯油酸)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l.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

13、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，记录滴人的滴数直到量筒达到l.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3.60X102cm2.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。利用数据可求得油酸分子的直径为m.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向水中滴油酸酒精溶液液滴时，只要注射器针

14、尖离水面近一些就可以，没有其他要求在描绘油膜形状时，透明盖板要离水面近些在油膜稳定后再描绘油膜的形状在做“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6mL.用注射器测得1mL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4所示，坐标纸中正方形小方格的边长为20mm.求：(1)油酸膜的面积；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积;根据上述数据，估测出油酸分子的直径.【答案与提示】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，再使注射器针头竖直朝下

15、.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.ABC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5AL6一nAC8(1)球形单分子油膜直径1.11X10-9。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