物理粤教版选修3-3学案第一章第二节测量分子的大小

第二节测量分子的大小一、实验目的用单分子油膜法测分子大小(直径)．二、实验原理把体积为V的油酸滴在水面上形成单分子油膜，测得油膜面积S，根据V＝SD，得D＝eq\f(V,S)，D即为分子直径．三、实验器材油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅盘、玻璃板、彩笔、坐标纸、痱子粉．四、实验步骤1．配制油酸酒精溶液．2．用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一定体积时的滴数，由此求出1滴油酸酒精溶液的平均体积eq\x\to(V).3．向浅盘中倒入清水，在水面上轻轻而均匀地撒一层痱子粉，在水面上用滴管滴一滴油酸酒精溶液．当油层不再扩散、形状稳定时，就近似形成单分子油膜．4．将玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油膜的形状描绘在玻璃板上．5．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S(求面积时以坐标纸上边长为1mm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)．6．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，根据油酸的体积V和油膜的面积S算出油酸分子的直径．7．洗净浅盘，擦去玻璃板上的油膜轮廓线，重复实验2～3次．8．数据处理项目油酸酒精溶液浓度1mL溶液的滴数1滴油酸酒精溶液的体积1滴油酸的体积油膜面积数值9.得出结论：油酸分子直径约为10－10m思考：油酸分子的形状真的是球形吗？排列时是一个挨一个吗？提示：对用油膜法估测分子大小的进一步理解1．为什么要配制一定浓度的油酸溶液？在本实验中，为了节省实验时间，一般是由老师提供配制好的油酸酒精溶液，并告诉同学们油酸和酒精的体积比是多少．为什么不直接用油酸？现在我们知道分子大小的数量级是10－10m，而一小滴油酸的体积(注射器5号针头下的)大约为4.0×10－3mm3(每1mm3的油酸大约有250滴)，如果这滴油酸铺成单分子膜，膜的面积是S＝eq\f(V,D)＝eq\f(4.0×10－3,10－8)mm2＝40m2，实验室没有这么大的盆，即使提供这样的盆做起实验来也不方便，因此要稀释．2．油酸溶液滴在水面上后，水面上的痱子粉为什么会迅速扩散开？油酸是一种有机酸，分子式为C17H33COOH，它的分子可以看作一圆柱模型(如图所示)，一端是羧基—COOH，与水有很强的亲和力而被水吸引，另一端C17H33—，与水没有亲和力而要冒出水面，因此油酸滴到水面上后趋于均匀地扩散到水面．同时油酸滴到水面上后，降低了水的表面张力，油酸所在处的表面张力小于油酸未到处的表面张力，痱子粉在周围水的表面张力的作用下迅速聚集成一条轮廓线，此时的液面有点像一张绷紧的橡皮膜，橡皮膜的中间一旦破裂开后将迅速向两边收拢．3．油酸溶液滴入水中后，发现油膜的面积开始比较大，紧接着迅速变小，然后稳定下来，这是为什么？油酸溶液中含有大量的酒精，油酸溶液滴入水中后，开始在水面形成的油膜的面积比单纯的油膜面积要大，随着酒精在水中的溶解和在空气中的挥发，最后显示出的油膜面积会缩小．这也可用实验来验证，换用体积比相差很大的不同的油酸溶液重复实验，可以发现油膜的这种收缩现象有明显的差别，当降低油酸溶液的浓度后，这种收缩现象会加强；增大油酸溶液的浓度后，这种收缩现象会减弱；如果用纯油酸，很难观察到这种收缩现象．4．如何估算油酸分子的大小？为什么这样做？正是由于油酸分子中有亲水基，并且掺入的酒精已经挥发，所以油酸分子能够上下不罗列地形成单层分子油膜，如图所示．忽略分子间的间隙，将分子看作一个个紧挨着的球体模型，这样分子球的直径也就成了膜的厚度D，所滴的这些油酸分子的体积如果是V，则有D=

，其中S为膜的面积．5．实验的误差主要可能来源于哪些方面？(1)实验时油酸酒精溶液的实际浓度和理论值存在偏差．(2)实验时1滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差．(3)实验时粉粒与油酸在水面上的实际情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏差．(4)实验时采用“互补法”(即不足半个格舍去，多于半个格的算一个格)计算获得的油酸膜面积与实际的油膜面积间存在偏差．简化处理是在一定场合、一定条件下，突出客观事物的某种主要因素、忽略次要因素而建立的．将分子简化成球形，并且紧密排列，有利于主要问题的解决．类型利用油膜法粗测分子的大小【例题】(双选)油膜法粗略测定分子直径的实验基础是()A．把油酸分子视为立方体，其棱长即为油膜的厚度B．让油酸在水面上充分散开，形成单分子油膜C．油酸分子的直径等于滴到水面上的油酸体积除以油膜的面积D．油酸分子直径的数量级是10－15点拨：实验中如果能算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积S，即可估算出油酸分子直径的大小D＝eq\f(V,S).解析：油膜法测分子的直径时是把油酸分子视为球体，其直径为油膜的厚度，A项错误．油酸分子直径的数量级是10－10m答案：BC题后反思：熟记利用油膜法粗测分子的大小实验的原理，估算油酸分子直径的大小D＝eq\f(V,S).触类旁通：(双选)某学生在用油膜法估测分子直径实验中，计算结果明显偏大，可能是由于()A．油酸未完全散开B．油酸中含有大量酒精C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格D．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数错误地多记了10滴解析：计算结果偏大，由公式D＝eq\f(V,S)知，是体积的测量值偏大或面积的测量值偏小，A选项会引起油膜面积的测量值偏小，B项不影响，C项会造成面积值偏小；D项会引起体积的测量值偏小．答案：AC1利用油膜法可粗略地测定分子的大小和阿伏加德罗常数．若已知n滴油的总体积为V，一滴油形成的油膜面积为S，这种油的摩尔质量为M，密度为ρ，则每个油分子的直径D和阿伏加德罗常数NA分别为()A．D＝eq\f(V,nS)，NA＝eq\f(6Mn3S3,πρV3)B．D＝eq\f(V,nS)，NA＝eq\f(Mn,ρV)C．D＝eq\f(V,S)，NA＝eq\f(6Mn3S3,πρV3)D．D＝eq\f(V,S)，NA＝eq\f(6Mn3S3,ρV3)解析：因为n滴油的总体积为V，则一滴油的体积为eq\f(V,n)，根据公式D＝eq\f(V,S)可知D＝eq\f(V,nS)，把油分子看成球体，由宏观量和微观量之间的关系可知A选项正确．答案：A2用油膜法估测分子的直径的实验中，下列操作正确的有()A．将纯油酸直接滴在水面上B．向量筒中滴100滴油酸酒精溶液，读出其体积C．用试管向水面倒油酸溶液少许D．在计算油膜面积时，凡是占到方格一部分的都计入方格的总数解析：油酸应先稀释成油酸酒精溶液，然后取1滴溶液滴在浅盘里，目的是形成单分子油膜，故A、C项错误，B项正确；计算油膜面积时应是占到方格一半以上的计为一个，少于半个的忽略，故D项错误．答案：B3(双选)用油膜法估测分子的直径的实验中，下列操作错误的有()A．油酸与酒精的体积比应以小于eq\f(1,1000)为宜B．注射器针头高出水面的高度应在1m以上C．从盘的中央加痱子粉，使痱子粉自动扩散至均匀D．计算油膜面积时，不足半个的舍去，多于半个的算一个解析：注射器针头高出水面的高度应在1mm之内，B项错误；应用纱网或粉扑使痱子粉均匀地洒满浅盘，C项错误．答案：BC4某种油的密度