人教版新高考物理一轮总复习-用油膜法估测油酸分子的大小

高考总复习优化设计GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI实验20

用油膜法估测油酸分子的大小第十四章2022内容索引0102必备知识落实实验能力形成03巩固提升检测必备知识落实一、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1.利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜,如图所示。2.将油酸分子看作球形,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

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),这个厚度就近似等于油酸分子的直径。三、实验器材1.油酸酒精溶液若干毫升,体积配比为1∶200。2.注射器或滴管1支。3.量筒1个。4.浅盘1个,规格为30cm×40cm。5.玻璃板1块,面积大于30cm×40cm,坐标纸。6.彩色水笔1支。7.痱子粉(或石膏粉)1盒。8.清水若干升。四、实验步骤1.配制油酸酒精溶液:把1mL的油酸溶于酒精中,制成200mL的油酸酒精溶液。2.往浅盘中倒入约2cm深的水,然后将痱子粉(或石膏粉)均匀地撒在水面上。3.用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴油酸酒精溶液,使这些溶液体积恰好为1mL,算出每滴油酸酒精溶液所含油酸的体积

。4.用滴管(或注射器)向水面上滴一滴油酸酒精溶液,油酸就在水面上慢慢散开,形成单分子油膜。5.待油酸薄膜形状稳定后,将一块较大的玻璃板盖在浅盘上,用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。6.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积。求面积时,以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位,数出轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个。7.根据一滴油酸酒精溶液所含油酸的体积V和其形成的薄膜的面积S,算出油酸薄膜的厚度,即为油酸分子的大小。比较算出的分子大小,看其数量级是否为10-10m。五、注意事项1.实验前,必须将所有的实验用具擦洗干净,实验时,吸取油酸、酒精和油酸酒精溶液的滴管不能混用,否则会增大实验误差。2.油酸酒精溶液中油酸与酒精的体积比以1∶200为宜。3.浅盘里的水面离盘口面的距离应较小,并要水平放置,以便准确地画出油酸薄膜的形状,画线时视线应与板面垂直。4.油酸在水面上形成的薄膜先扩散后收缩,要在薄膜形状稳定后再画轮廓。薄膜扩散后又收缩的原因有两个:一是水面受油酸酒精液滴冲击凹陷后又恢复;二是酒精挥发或溶于水后,薄膜回缩。5.滴油酸酒精溶液的滴口应在离水面1cm之内,否则油酸薄膜难以形成。实验前要注意训练好滴法。六、误差分析1.纯油酸体积的计算引起误差。2.油膜面积的测量引起的误差主要有两个方面:(1)油膜形状的画线误差;(2)数格子法本身是一种估算的方法,自然会带来误差。实验能力形成能力形成点1实验原理与误差【例1】

某实验小组在做用油膜法估测分子大小的实验。(1)(多选)该实验中的理想化假设是(

)A.将油膜看成单分子油膜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ABDB(3)实验时,在边长约30cm的浅盘里倒入约2cm深的水,然后将痱子粉均匀地撒在水面上,用注射器滴一滴____________(选填“纯油酸”“油酸水溶液”或“油酸酒精溶液”)在水面上。稳定后,在玻璃板上描下油膜的轮廓,放到坐标纸上估算出油膜的面积。实验中若撒的痱子粉过多,则计算得到的油酸分子的直径偏____________(选填“大”或“小”)。

油酸酒精溶液

大

解析:(1)计算分子直径是根据体积与面积之比,所以需将油膜看成单分子油膜,不考虑各油酸分子间的间隙,将油酸分子看成球形,故选A、B、D。(2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是对油酸起到稀释作用,酒精稀释油酸是为了进一步减小油酸的面密度,使油酸分子尽可能少地在竖直方向上重叠,更能保证其形成单分子油膜,也就是为了减小系统误差。(3)油酸黏稠,不易散开,为了使其在水面形成单分子油膜,需要用酒精稀释,所以选择油酸酒精溶液。实验中若撒的痱子粉过多,则油酸酒精溶液形成的单分子油膜面积变小,计算的油酸分子直径偏大。方法归纳用油膜法估测油酸分子大小的思路1.理解分子模型,也就是理解油酸分子在水面上形成的薄膜厚度即分子直径。2.明确溶质和溶剂的关系,正确求出纯油酸体积V。3.准确“数”出油膜的面积S。4.利用

求得油酸分子直径。能力形成点2实验步骤与数据处理【例2】

某实验小组在做用油膜法估测分子大小的实验。(1)某同学操作步骤如下:①取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液;②在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积;③在蒸发皿内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;④在蒸发皿上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积。改正其中的错误:____________________________________________。

(2)若油酸酒精溶液体积分数为0.10%,一滴溶液的体积为4.8×10-3mL,其形成的油膜面积为40cm2,则估测出油酸分子的直径为____________m。

②中应在量筒中滴入n滴该溶液,③中应先在水面上撒上痱子粉1.2×10-9解析:(1)②由于一滴溶液的体积太小,直接测量时相对误差太大,应用微小量累积法减小测量误差。③液面上不撒痱子粉时,滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油膜不能形成一块完整的油膜,油膜间的缝隙会造成测量误差增大,甚至使实验失败。(2)由油膜的体积等于一滴油酸酒精溶液内纯油酸的体积可得能力形成点3实验拓展与创新【例3】

利用油膜法可以粗略地测定阿伏加德罗常数,把密度ρ=0.8×103kg/m3的某种油用滴管滴出一滴在水面上形成油膜,已知这滴油的体积为V=0.5×10-3cm3,形成的油膜面积为S=0.7m2,油的摩尔质量为M=0.09kg/mol。把油膜看成是单分子油膜,每个油分子看成球形。(1)油分子的直径是多少?(2)由以上数据粗略地测出的阿伏加德罗常数NA是多少?先列出计算式,再代入计算,只要求保留一位有效数字。巩固提升检测1.(2020·江苏邗江中学期中)油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.6mL。现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液,量筒中的溶液体积增加了1mL。若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中,由于酒精溶于水,油酸在水面展开,稳定后形成的油膜的形状如图所示,每一小方格的边长为25mm。(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为____________模型,让油酸尽可能地在水面上散开,则形成的油膜可视为____________油膜,这层油膜的厚度可视为油酸分子的____________。图中油酸膜的面积为___________m2;每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是____________m3;根据上述数据,估测出油酸分子的直径是____________m。(保留两位有效数字)

(2)某同学在实验过程中,在距水面约2cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜,实验时观察到,油膜的面积会先扩张后又收缩了一些,这是为什么呢?请写出你分析的原因:

________________________。

球形

单分子

直径

4.4×10-21.2×10-112.7×10-10主要有两个原因:①水面受到落下液滴的冲击,先陷下后又恢复水平,因此油膜的面积扩张;②油酸酒精溶液中的酒精一部分挥发,一部分溶于水,使液面收缩。2.(1)在做用油膜法估测油酸分子大小的实验时,已经准备的器材有油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔,要完成本实验,还欠缺的器材有_____________________________。

(2)在用油膜法粗测油酸分子直径的实验中,在哪些方面作了理想化的假设:___________________________________________________________。实验中滴在水面的是油酸酒精溶液而不是纯油酸,且只能滴一滴,这是因为_______________________________________________________________。在将油酸酒精溶液滴向水面前,要先在水面上均匀撒些痱子粉,这样做是为了

______________________________________。

量筒、痱子粉、坐标纸

将油膜看成单分子膜;将分子看作球形;认为分子是一个紧挨一个的纯油酸黏滞力较大,直接滴不易形成单分子油膜

使油膜边界清晰,便于描绘油膜形状

(3)下面4个图反映用油膜法估测油酸分子大小的实验中的4个步骤,将它们按操作先后顺序排