高中人教版 (2019)2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小导学案

这是一份高中人教版 (2019)2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小导学案，共8页。学案主要包含了实验思路，实验器材，物理量的测量，数据分析，注意事项等内容，欢迎下载使用。


1.知道用油膜法测定分子大小的思路.
2.通过实验估测分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用.
3.了解一般分子大小的数量级．
一、实验思路
把1滴油酸酒精溶液滴在水面上，水面上会形成一层油膜，油膜是由单层油酸分子中的烃基C17H33-组成．
把分子简化为球形处理，并认为它们紧密排布，测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径，即油酸分子的直径等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与它在水面上摊开的面积S之比，如图1所示．
图1
二、实验器材
配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、水、爽身粉(或细石膏粉)、注射器、烧杯、玻璃板、彩笔、坐标纸．
三、物理量的测量
1．测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V.
(1)配制一定浓度的油酸酒精溶液．
(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数．
(3)用它们的总体积除以总滴数，得到1滴油酸酒精溶液的体积．
(4)根据溶液浓度计算其所含纯油酸的体积V.
2．测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S.
(1)在浅盘里盛上水，一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另一只手拍打，将爽身粉均匀地撒在水面上．
(2)用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液形成一块有轮廓的油膜．
(3)待油膜形状稳定后，将事先准备好的带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的形状．
(4)根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个．
(5)把正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S.
四、数据分析
1．用1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和该油膜面积S计算出油膜厚度，即油酸分子的直径d＝eq \f(V,S).
2．除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10－10 m.
五、注意事项
1油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免浓度改变，造成较大的实验误差．
2．实验前应注意检查浅盘是否干净，爽身粉(或细石膏粉)应均匀撒在水面上．
3．向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成．
4．待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓．
5．计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个．
一、单选题
1．某同学在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，计算出的分子直径明显偏小，可能是由于（ ）
A．水面上痱子粉撒得较多，油酸膜没有充分展开
B．计算油酸膜面积时，错将不足半格的方格作为完整方格处理
C．将油酸酒精溶液的体积误当成纯油酸的体积
D．求每滴油酸酒精溶液的体积时，1mL的溶液滴数少计了10滴
2．用油膜法估测分子直径的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．在滴入溶液前，应先把痱子粉撒在水面上，而且应尽量多撒一点
B．可以用带刻度的注射器直接测量一滴溶液的体积
C．若测得一滴溶液的体积为V，油膜的面积为S，则油酸分子的直径为
D．根据测得的油酸分子的直径结合阿伏伽德罗常数和油酸的密度可估算油酸的摩尔质量
3．如图所示为一个防撞气包，包内气体在标准状况下体积为336 mL，已知气体在标准状态下的摩尔体积V0=22.4 L/ml，阿伏加德罗常数NA=6.0×1023 ml-1，求气包内气体的分子个数（ ）（结果均保留两位有效数字）
A．6.0×1021个B．7.0×1021个C．8.0×1021个D．9.0×1021个
4．在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，实验中有下列实验步骤：
①往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。
②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定。
③将画有油膜形状的玻璃板平放在方格纸上，计算出油膜的面积。
④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。
⑤将玻璃板放在浅盘上，然后用彩笔将油膜的形状描绘在玻璃板上。
已知某同学将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液并测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴。该同学取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2。关于上述步骤中正确的顺序编号及估算出的油酸分子直径，下列选项正确是（ ）
A．④②①⑤③， 5×10－10 mB．④①②⑤③， 8×10－10 m
C．④①②⑤③， 5×10－10 mD．④②①⑤③， 8×10－10 m
5．在用油膜法测分子大小的实验中，取体积为V1的纯油酸用酒精稀释，配成体积为V2的油酸酒精溶液。现将体积为V0的一滴油酸酒精溶液滴在水面上，稳定后油膜的面积为S，已知油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，则下列说法不正确的是（ ）
A．该实验中假设油酸分子是按照单分子层排列的
B．由题目中数据可知油酸分子的直径为
C．在计算面积时，如果将油膜轮廓中包含的所有格数（包括不完整的）都按整数格计算在内，那么计算分子直径数值会偏大
D．这一滴溶液中所含的油酸分子数为
6．水的相对分子质量是18，水的密度，阿伏加德罗常数，在标准状况下，水蒸气的摩尔体积是，则水蒸气分子的平均间距大约是水分子直径的（ ）
A．1倍B．10倍C．100倍D．1000倍
二、实验题
7．（1）在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入标注250mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250mL的溶液；然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1mL的刻度；再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜；待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图所示。坐标格正方形的大小为，由图可以估算出油膜的面积是_______（保留两位有效数字），由此估算出油膜分子的直径是_______m（保留一位有效数字）。
（2）某同学在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，计算出的分子直径明显偏大，可能是由于（______）
A．油酸中含有大量酒精
B．水面上痱子粉撒得较多，油酸膜没有充分展开
C．计算油膜面积时，舍去了所有不足半格的方格
D．求每滴油酸酒精溶液的体积时，1mL的溶液滴数多计了10滴
8．在做“用油膜法测分子的大小”实验中，油酸酒精溶液每104 mL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，坐标中正方形小方格的边长为20 mm，求：
（1）油酸膜的面积是___________ m2。
（2）每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是___________ mL。
（3）根据上述数据，估测出油酸分子的直径是___________m。
参考答案
1．B
【详解】
摩尔质量=分子质量×阿伏加德罗常数，故
故
ρ为在标准状态下水蒸气的密度，由于气体分子间距远大于分子直径，故水蒸气的密度小于水分子的密度，故
故
摩尔质量=分子质量×阿伏加德罗常数，故
由于气体分子间距远大于分子直径，故
故选B。
2．D
【详解】
A．根据题意，气体单位体积分子数是指单位体积气体分子的数量，选项A中NA是指每摩尔该气体含有的气体分子数量，Vm是指每摩尔该气体的体积，两者相除刚好得到单位体积该气体含有的分子数量，A正确；
B．选项B中，摩尔质量M与分子质量m相除刚好得到每摩尔该气体含有的气体分子数，即为NA，此时就与选项A相同了，B正确；
CD．选项C中
气体摩尔质量与其密度相除刚好得到气体的摩尔体积Vm，之后与A相同，C正确，D错误。
故选D。
3．D
【详解】
A．1 m3铜含有的原子数为 ，得
选项A正确；
B．1个铜原子的质量为m=，选项B正确；
C．1个铜原子占有的体积为，故C正确；
D．1 g铜所含有的原子数目是 ，故D错误。
本题选择错误的，故选D。
4．D
【详解】
A．摩尔质量等于分子的质量乘以阿伏加德罗常数，即M=m•NA，故A不符合题意；
B．水蒸气的分子与水分子相同，所以1摩尔水蒸气的质量也是m•NA，2摩尔水蒸气的质量是2m•NA，故B不符合题意；
C．摩尔体积等于分子的体积乘以阿伏加德罗常数，所以3摩尔水的体积是3V0•NA，故C不符合题意；
D．水蒸气中，水分子之间的距离比较大，远大于水分子的体积，而且不同的压强下水蒸气的摩尔体积不同，所以根据题目提供的条件不能确定4摩尔水蒸气的体积，故D符合题意；
本题选择不能确定的物理量故选D。
5．D
【详解】
AB．式子NA=中，应该为气体分子所占空间的平均体积，和题给条件不符，AB错误；
CD．由
可得，C错误，D正确。
故选D。
6．C
【详解】
由于1nm=10-9m，所以C正确；ABD错误；
故选C。
7．（1）；（2）
【详解】
（1）一个水分子的质量为
（2）的水的物质的量为
其中含有的分子个数为
个
8．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）每个铜原子质量为
（2）每个铜原子体积为
（3）设相邻两个铜原子间距离为d，则有
联立解得