【步步高】2020年高考物理大一輪 實(shí)驗(yàn)十二 用油膜法估測(cè)分子的大小 新人教版選修3-3

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1、實(shí)驗(yàn)十二　用油膜法估測(cè)分子的大小 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．估測(cè)油酸分子的大小． 2．學(xué)習(xí)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?。?dāng)把一滴用酒精稀釋過(guò)的油酸滴在水面上時(shí)，油酸就在水面上散開(kāi)，其中的酒精溶于水，并很快揮發(fā)，在水面上形成如圖1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2所示，則：d＝. 　　　　　　圖1　　　　　　　　　圖2 三、實(shí)驗(yàn)器材 盛水淺盤(pán)

2、、滴管(或注射器)、試劑瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉、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(pán)，充分洗去油污、粉塵，以免給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤差． 2．配制油酸酒精溶液，取油酸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，使油酸充分在酒精中溶解，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(pán)里倒入約2 cm深的水，并將痱子粉或石膏粉均勻

3、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(或有機(jī)玻璃板)放在淺盤(pán)上，并將油酸膜的形狀用彩筆畫(huà)在玻璃板上． 8．將畫(huà)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)幾次油酸薄膜厚度，并求平均值，即為油酸分子的大?。? 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)

4、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S 1 2 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 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(kāi)，這是由于針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實(shí)驗(yàn)效果． 2．待測(cè)油膜面擴(kuò)散后又收縮，要在油膜面穩(wěn)定后再畫(huà)輪廓．?dāng)U散后又收縮有兩個(gè)原因：第一，水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復(fù)；第二，酒精揮發(fā)后液面收縮． 3．當(dāng)重做實(shí)驗(yàn)時(shí)，將水從盤(pán)的一

5、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，這樣做可保持盤(pán)的清潔． 4．從盤(pán)的中央加痱子粉，使粉自動(dòng)擴(kuò)散至均勻，這樣做，比將粉撒在水面上的效果好．因?yàn)椋阂?，加粉后水的表面張力系?shù)變小，水將粉粒拉開(kāi)；二，粉粒之間相互排斥． 記憶口訣 酒精油酸配溶液，五六十滴體積測(cè). 靜水盆中撒痱粉，一滴溶液水面淋. 玻璃板上畫(huà)邊緣，數(shù)出格子面積算. 多半算一少半舍，相除直徑容易得. 例1　某學(xué)生在用油膜法估測(cè)分子直徑實(shí)驗(yàn)中，計(jì)算結(jié)果明顯偏大，可能是由于(　　) A．油酸未完全散開(kāi) B．油酸中含有大量酒精 C．計(jì)算油膜面積時(shí)，舍去了所有不足一格的方格

6、D．求每滴溶液中純油酸的體積時(shí)，1 mL的溶液的滴數(shù)誤多記了10滴 例2　油酸的分子式為C17H33COOH，它的一個(gè)分子可以看成由兩部分組成：一部分是C17H33—，另一部分是—COOH，—COOH對(duì)水有很強(qiáng)的親和力．當(dāng)把一滴用酒精稀釋過(guò)的油酸滴在水面上時(shí)，油酸就在水面上散開(kāi)，其中的酒精溶于水中，并很快揮發(fā)．油酸中C17H33—部分冒出水面，而—COOH部分留在水中，油酸分子就直立在水面上，形成一個(gè)單分子層油膜． 現(xiàn)有按體積比為m∶n(m>n)配制好的油酸酒精溶液置于容器中，還有一個(gè)充入約2 cm深水的淺盤(pán)．一支滴管，一個(gè)量筒． 請(qǐng)補(bǔ)充下述估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)步驟： (1)______

7、__________________(需測(cè)量的物理量自己用字母表示)． 圖3 (2)用滴管將一滴油酸酒精溶液滴入淺盤(pán)，待油酸薄膜穩(wěn)定后，將薄膜輪廓描繪在坐標(biāo)紙上，如圖3所示．(已知坐標(biāo)紙上每個(gè)小方格面積為S，求油膜面積時(shí)，半個(gè)以上方格面積記為S，不足半個(gè)舍去)則油膜面積為_(kāi)_______． (3)估算油酸分子直徑的表達(dá)式為d＝____________. 1．利用油膜法估測(cè)油酸分子的大小，實(shí)驗(yàn)器材有：濃度為0.05%(體積分?jǐn)?shù))的油酸酒精溶液、最小刻度為0.1 mL的量筒、盛有適量清水的45×50 cm2的淺盤(pán)、痱子粉、橡皮頭滴管、玻璃板、彩筆、坐標(biāo)紙． (1)下面是實(shí)驗(yàn)步驟，

8、請(qǐng)?zhí)顚?xiě)所缺的步驟C. A．用滴管將濃度為0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下滴入1 mL油酸酒精溶液時(shí)的滴數(shù)N B．將痱子粉均勻地撒在淺盤(pán)內(nèi)水面上，用滴管吸取濃度為0.05%的油酸酒精溶液，從低處向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足夠大的面積又不與器壁接觸為止，記下滴入的滴數(shù)n C. ________________________________________________________________________. D．將畫(huà)有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，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)，算出油酸薄膜的面積S. (2

9、)用已知的和測(cè)得的物理量表示單個(gè)油酸分子的大小__________(單位：cm)． 2．在做“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，油酸酒精溶液的濃度為每104 mL溶液中有純油酸6 mL.用注射器測(cè)得1 mL上述溶液中有液滴50滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤(pán)里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤(pán)上，在玻璃板上描出油膜的輪廓，隨后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀如圖4所示．坐標(biāo)紙中正方形方格的邊長(zhǎng)為20 mm.求： 圖4 (1)油酸膜的面積； (2)每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積； (3)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測(cè)出油酸分子的直徑． 3．用油膜法測(cè)定分子大小的實(shí)驗(yàn)中，體積為V的油滴，在水面上形

10、成了近似圓形的單分子油膜，油膜直徑為d，則單個(gè)油膜分子的直徑約為 (　　) A. B. C. D. 4． “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(huà)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(pán)上，用彩筆將薄膜的形狀描繪在玻璃板上； C．用淺盤(pán)裝入約2 cm深的水； D．用公式d＝

11、，求出薄膜厚度，即油酸分子的大?。? 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. 上述步驟中有遺漏或不完全的，請(qǐng)指出： (1)____________________________________________________________________． (2)____________________________________________________________________． 5．在用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)中，已知配制的油酸溶液中，純油酸與溶液體積之比為1∶500，1 mL該溶液能滴250滴，那么一滴該溶液的體積是______ mL，所

12、以一滴溶液中所含的油酸體積為_(kāi)___ cm3.若實(shí)驗(yàn)中測(cè)得結(jié)果如下表所示，請(qǐng)根據(jù)所給數(shù)據(jù)填寫(xiě)出空白處的數(shù)值，并與公認(rèn)的油酸分子長(zhǎng)度值L0＝1.12×10－10 m做比較，并判斷此實(shí)驗(yàn)是否符合數(shù)量級(jí)的要求. 次數(shù) S/cm2 L＝/cm L的平均值 1 533 ① ④ 2 493 ② 3 563 ③ 答案 課堂探究 例1　AC　[由d＝得，A選項(xiàng)中S偏小，導(dǎo)致d結(jié)果偏大．B選項(xiàng)中含有大量酒精，是為了稀釋油酸，不影響結(jié)果．C選項(xiàng)中，S偏小，導(dǎo)致結(jié)果偏大．D選項(xiàng)中，使1滴溶液中純油酸的體積偏小，導(dǎo)致結(jié)果偏?。甝 例2　(1)見(jiàn)解析　(2)8S (3)nV/[

13、8NS(m＋n)] 解析　(1)用滴管向量筒內(nèi)加注N滴酒精油酸溶液，讀出其體積V. 隨堂訓(xùn)練 1．(1)見(jiàn)解析　(2) 解析　(1)待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤(pán)上，用彩筆將油酸薄膜的形狀畫(huà)在玻璃板上． 2．(1)2.2×10－2 m2　(2)1.2×10－11 m3　(3)5.5×10－10 m 3．A　 4．(1)在步驟C中，要在水面上灑上痱子粉或石膏粉． (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，還需要F：用注射器或滴管將溶液一滴一滴地滴入量筒，記下滴入1 mL溶液時(shí)的滴數(shù)． 5．4×10－3　8×10－6?、?.50×10－8 cm ②1.62×10－8 cm?、?.42×10－8 cm?、?.51×10－10 m　符合數(shù)量級(jí)要求 1．50×10－8 cm、1.62×10－8 cm、1.42×10－8 cm， 其平均值＝＝1.51×10－8 cm＝1.51×10－10 m，這與公認(rèn)值的數(shù)量級(jí)相吻合，故此實(shí)驗(yàn)符合數(shù)量級(jí)的要求．