人教版 (2019)选择性必修 第三册实验：用油膜法估测油酸分子的大小练习题

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【核心素养目标】
一、实验目的
1．估测油酸分子大小的数量级。
2．体验通过油膜法测量油酸分子大小的思想方法。
二、实验原理
油酸是一种脂肪酸，把一滴油酸滴到平静的水面上，油酸会展开形成一片油膜。油膜面积最大且稳定时，可近似认为是单层油酸分子油膜。把油酸分子视为球体，则单分子油膜的厚度就近似等于分子的直径。只要测量出这一滴油酸的体积V和油膜的面积S，就可估算出油酸分子的直径d＝ eq \f(V,S) 。
三、实验器材
油酸、酒精、清水、滴管(或注射器)、量筒、笔、爽身粉、玻璃片、浅水盘、坐标纸。
四、实验步骤
1．用滴管(或注射器)将配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内溶液增加一定体积(如1 mL)时的滴数，由此求出一滴油酸酒精溶液的平均体积 eq \x\t(V) 。
2．向浅水盘内倒入清水，在水面上轻轻并均匀地撒一层爽身粉。用滴管在其上滴一滴油酸酒精溶液，待油层不再扩散并且形状稳定时，就近似形成了单分子油膜，如图所示。
3．将玻璃板片盖在浅水盘上，用笔将油膜的轮廓描绘在玻璃片上。
4．将描有油膜轮廓的玻璃片放在坐标纸上，算出油膜的面积S。求面积时以坐标纸上边长为1 cm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)。
5．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。
五、数据处理
根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝ eq \f(V,S) 算出油酸薄膜的厚度d，即为油酸分子直径的大小。
计算方法如下：
(1)一滴油酸溶液的平均体积
eq \(V,\s\up6(－)) ＝ eq \f(N滴油酸溶液的体积,N) 。
(2)一滴油酸溶液中含纯油酸的体积
V＝ eq \(V,\s\up6(－)) ×油酸溶液的体积比。 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(体积比＝\f(纯油酸体积,溶液的体积)))
(3)油膜的面积S＝n×1 cm2。(n为有效格数，小方格的边长为1 cm)
(4)分子直径d＝ eq \f(V,S) 。(代入数据时注意统一单位)
六、注意事项
1．实验前，必须把所有的实验用具擦洗干净，否则难以形成油膜；实验时吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大误差，影响实验结果。
2．油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免改变浓度，造成较大的实验误差。
3．浅盘中的水应保持平衡，爽身粉应均匀地撒在水面上。爽身粉不宜撒得过厚，油酸酒精溶液的浓度以小于 eq \f(1,1 000) 为宜。
4．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。
5．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：一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩。
6．本实验只要求估算分子大小，实验结果的数量级符合要求即可。
七、误差分析
本实验误差通常来自以下方面：
(1)油酸酒精溶液配制后长时间放置，溶液的浓度容易改变，会给实验带来较大误差；
(2)向浅盘内滴入1滴油酸酒精溶液后，没有形成单分子油膜，产生误差；
(3)油滴的体积的测量产生误差；
(4)数出配制好的油酸酒精溶液1 mL的滴数时不准确，产生误差；
(5)油膜形状的画线或数格数时不准确，计算油膜的面积有误差(每个方格面积越小，误差越小)。
针对训练
一、实验题
1．某同学进行了“用油膜法估测油酸分子的大小”实验。
（1）关于他的实验，下列操作正确的是______。
A．在浅盘里盛上水，将爽身粉（痱子粉或细石膏粉）均匀地撒在水面上
B．用注射器向水面上滴油酸酒精溶液，若希望油膜面积大些可多滴一滴油酸酒精溶液
C．在油膜面积最大时快速将油膜轮廓描绘在带格子的玻璃板上
（2）该同学在做实验时，已知实验室中使用的酒精油酸溶液的体积浓度为A，又用滴管测得N滴这种酒精油酸的总体积为V，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上（如图所示）测得油膜占有的小正方形个数为X。
①用以上字母表示油酸分子的大小d＝______。
②从图中数得油膜占有的小正方形个数为X＝______。
【答案】 A 40
【解析】（1）[1]A．在浅盘里盛上水，将爽身粉（痱子粉或细石膏粉）均匀地撒在水面上，故A正确；
B．实验时用注射器向水面上滴油酸酒精溶液，将一滴油酸酒精溶液滴在液面上即可，不用多滴一滴，故B错误；
C．待油膜面积和形状稳定后将油膜轮廓描绘在带格子的玻璃板上，而不是油膜面积最大时，故C错误。
故选A。
（2）[2]由题意可知，一滴这种液体体积为
每一滴所形成的油膜面积为
故油膜的厚度，即油酸分子的直径为
[3]从图中数得油膜占有的小正方形个数为
2．在“用油膜法估测分子大小”的实验中所用的油酸酒精溶液的浓度为每1：400。用注射器和量筒测得1mL上述溶液为40滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开。请完成下列填空：
（1）本实验中做了三点理想化假设：油酸分子视为球形；___________；油酸分子是紧挨在一起的。
（2）在滴入油滴之前，要先在水面上均匀撒上痱子粉，这样做的目的是：_____________。
（3）测得油膜的面积约为150cm2，则油酸分子的直径是________m。（结果保留两位有效数字）
【答案】 油膜看成单分子层 使油膜边界清晰，便于描绘油膜形状
【解析】（1）[1] 本实验中做了三点理想化假设：油酸分子视为球形；油膜看成单分子层 ；油酸分子是紧挨在一起的。
（2）[2] 在滴入油滴之前，要先在水面上均匀撒上痱子粉，这样做的目的是：使油膜边界清晰，便于描绘油膜形状。
（3）[3]1滴该溶液所含油酸的体积为
则油分子的直径
3．在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，已知实验室中使用的酒精油酸溶液的浓度为A，N滴溶液的总体积为V。在浅盘中的水面上均匀撒上痱子粉，将一滴溶液滴在水面上，待油膜稳定后，在带有边长为a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的轮廓（如图所示），测得油膜占有的正方形小格个数为X。用以上字母表示油酸分子的直径大小d＝________。
【答案】
【解析】一滴这种纯油酸的体积为
油膜的面积为
由于形成单分子油膜，油膜的厚度即为油酸分子的直径
4．做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，有以下4种情形：①水面上痱子粉撒得太多；②将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算；③实验时没有使用方形浅水盘，用了圆形浅水盘；④配制好的油酸酒精溶液放置时间过久。其中会使测得的分子直径偏大的是___________；会使测得的分子直径偏小的是___________（均填序号）。
【答案】 ①② ④
【解析】[1][2]①水面上痱子粉撒得太多，则油膜不能完全散开，则测得的油膜的面积偏小，根据可知分子直径的测量值偏大；
②将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，根据可知分子直径的测量值偏大；
③实验时没有使用方形浅水盘，用了圆形浅水盘，这对实验无影响；
④配制好的油酸酒精溶液放置时间过久，则油酸酒精溶液的浓度会偏大，则在水面上散开时的面积会偏大，则根据可知分子直径的测量值偏小。
所以其中会使测得的分子直径偏大的是①②；会使测得的分子直径偏小的是④。
5．在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中：
（1）与“将油酸分子看成球形”采用的方法相同的是___________。
A．引入质点的概念
B．平均速度的定义
C．引入重心的概念
D．研究加速度与力或质量关系的实验
（2）有下列实验步骤：
①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm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，待薄膜形状稳定。
③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子直径的大小。
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，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。
上述步骤中，正确的顺序是___________。（填写步骤前面的数字）
（3）实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是_________。
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
（4）某老师将一滴油酸酒精溶液滴入事先洒有均匀痱子粉的水槽中，待油膜充分散开后，在玻璃板上描出油膜的轮廓：该油膜的面积是：已知油酸酒精溶液中油酸浓度为0.2%，400滴油酸酒精溶液滴入量筒后的体积是1.2ml，则油酸分子直径为_________m。（结果保留两位有效数字）
（5）在实验操作及数据处理过程中，以下说法中正确的是_________。
A．为了防止酒精的挥发，配置的油酸酒精溶液不能长时间放置
B．处理数据时将油酸分子看成单分子层且紧密排列
C．处理数据时将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就得到了油酸分子的直径
D．若实验中撒的痱子粉过多，则计算得到的油酸分子的直径将偏小
【答案】 A ④①②⑤③ B AB
【解析】（1）[1]与“将油酸分子看成球形”采用的方法是建立理想模型法，引入质点的概念是建立理想模型；平均速度和重心的概念用的是等效思想；研究加速度与力或质量关系的实验用的是控制变量法。故选A。
（2）[2]实验的顺序应该按照配制溶液→准备浅盘→将溶液滴到水面上→描出轮廓→求出体积→根据公式计算出分子直径的顺序进行，故顺序为④①②⑤③。
（3）[3]A．由于油酸不溶于水，无论是否有酒精，油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓，故A错误；
B．用酒精将油酸稀释制成油酸酒精溶液，可以减少滴到水面上油酸的量，使更容易测量油酸的面积，并且当滴到水面上时，酒精迅速溶于水，很容易形成单分子油膜，因此酒精起到稀释作用，故B正确；
C．一滴油酸的体积和一滴溶液的体积测量方法相同，都是取50滴（或其他数量）等于1毫升，从而算出一滴的体积，故C错误；
D．油酸的颜色和油酸酒精溶液基本都是无色的，故D错误。
故选B。
（4）[4]一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积
分子直径
（5）[5]A．为了防止酒精的挥发，配置的油酸酒精溶液不能长时间放置，防止溶液浓度发生变化，选项A正确；
B．处理数据时将油酸分子看成单分子层且紧密排列，选项B正确；
C．处理数据时将一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积除以油膜面积就得到了油酸分子的直径，选项C错误；
D．若实验中撒的痱子粉过多，则油酸油膜的面积会偏小，则计算得到的油酸分子的直径将偏大，选项D错误。
故选AB。
6．用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，需要的器材和原料除油酸酒精溶液、浅盘、注射器、痱子粉、坐标纸、彩笔等外，还需要一项重要的器材是___________。将0.5mL的纯油酸配制成4000mL的油酸酒精溶液，用注射器测得100滴油酸酒精溶液为2mL，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，则1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为___________cm3描出的油膜轮廓如图所示，坐标纸每格边长是0.6cm，由此估算出油酸分子直径约为___________cm（保留一位有效数字）。
【答案】 玻璃板 2.5×10-6 5×10-8
【解析】[1]需要的器材和原料除油酸酒精溶液、浅盘、注射器、痱子粉、坐标纸、彩笔等外，为了描绘出油膜轮廓还需要一项重要的器材是玻璃板。
[2]1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为
[3]按超过半个的算一个，不足半个的舍去的计数原则，油膜所占方格数约为143个，则油膜面积为
油酸分子直径约为
7．（1）在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，实验简要步骤如下：
A．用公式，求出薄膜厚度，即油酸分子的大小
B．用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时的滴数
C．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
D．用浅盘装入约2cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面
E．将滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上
F．将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数（不足半个的舍去，多于半个的算一个）再根据方格的边长求出油膜的面积S
上述实验步骤的合理顺序是___________；
（2）以上实验所用的油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸0.6mL，用注射器测得1mL上述溶液有80滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形格的边长为1cm，则可求得：
①油酸薄膜的面积是___________cm2；
②一滴溶液中纯油酸的体积是___________mL；
③油酸分子的直径是___________m；（③的结果保留一位有效数字）
（3）在实验操作及数据处理过程中，以下说法中正确的是( ) 。
A．为了防止酒精的挥发，配置的油酸酒精溶液不能长时间放置
B．处理数据时将油酸分子看成单分子层且紧密排列
C．处理数据时将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就得到了油酸分子的直径
D．若实验中撒的痱子粉过多，则计算得到的油酸分子的直径将偏大
【答案】 DBEFCA 118 ABD
【解析】（1）[1]油膜法估测分子的大小的步骤为：准备浅盘，测一滴溶液体积，描绘油膜形状，测油膜面积，计算一滴溶液中纯油酸的体积，算出薄膜厚度，故顺序为DBEFCA。
（2）[2]根据图中信息，不足一半的方格舍去，超过一半的当做整体，则小方格的总数为118个，则油膜的面积为
[3]由题意可知，油酸酒精溶液中纯油酸的浓度为
一滴溶液的体积为
则一滴溶液中纯油酸的体积为
[4]则由题意可知，油酸分子的直径为
（3）[5]A．为了防止酒精的挥发，配置的油酸酒精溶液不能长时间放置，否则浓度会发生变化，故A正确；
B．处理数据时将油酸分子看成单分子层且不计分子间间隙，故B正确；
C．处理数据时将一滴油酸酒精溶液中有纯油酸的体积除以油膜面积就得到了油酸分子的直径，故C错误；
D．若实验中撒的痱子粉过多，则油膜面积偏小，则计算得到的油酸分子的直径将偏大，故D正确。
故选ABD。
8．在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中：
（1）与“将油酸分子看成球形”采用的方法相同的是______。
A．引入质点的概念
B．平均速度的定义
C．引入重心的概念
D．研究加速度与力或质量关系的实验
（2）有下列实验步骤：
①往边长约为 的浅盘里倒入约 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，待薄膜形状稳定。
③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子直径的大小。
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，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。
上述步骤中，正确的顺序是______。（填写步骤前面的数字）
（3）将 的油酸溶于酒精，制成 的油酸酒精溶液；测得 的油酸酒精溶液有50滴。现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。由此估算出油酸分子的直径约为______m。（结果保留一位有效数字）
【答案】 A ④①②⑤③ 5×10-10
【解析】（1）[1]将油酸分子看成球形，属于理想化模型，而引入质点的概念采用的方法也是理想化模型，平均速度是采用比值定义法，重心是采用等效法，研究加速度与力或质量关系的实验采用的是控制变量法；
（2）[2]本实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积（④）→准备浅水盆（①）→形成油膜（②）→描绘油膜边缘（⑤）→测量油膜面积，计算分子直径（③）。故实验步骤为④①②⑤③；
（3）[3]一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为
油酸分子直径为
9．（1）在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，实验简要步骤如下：
A．用公式，求出薄膜厚度，即油酸分子的大小
B．用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时的滴数
C．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
D．用浅盘装入约2cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面
E.将1滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上
F.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数（不足半个的舍去，多于半个的算一个），再根据方格的边长求出油膜的面积S
上述实验步骤的合理顺序是______；
（2）以上实验所用的油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸0.6mL，用注射器测得1mL上述溶液有80滴，则一滴溶液中纯油酸的体积是______mL；
（3）在实验操作及数据处理过程中，以下说法中正确的是( )。
A．为了防止酒精的挥发，配置的油酸酒精溶液不能长时间放置
B．处理数据时将油酸分子看成单分子层且紧密排列
C．处理数据时将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就得到了油酸分子的直径
D．若实验中撒的痱子粉过多，则计算得到的油酸分子的直径将偏大
【答案】 DBEFCA ABD
【解析】（1）[1]油膜法估测分子的大小的步骤为：准备浅盘，测一滴溶液体积，描绘油膜形状，测油膜面积，计算一滴溶液中纯油酸的体积，算出薄膜厚度，故顺序为DBEFCA。
（2）[2]由题意可知，油酸酒精溶液中纯油酸的浓度为
一滴溶液的体积为
则一滴溶液中纯油酸的体积为
（3）[3]A．为了防止酒精的挥发，配置的油酸酒精溶液不能长时间放置，否则浓度会发生变化，故A正确；
B．处理数据时将油酸分子看成单分子层且不计分子间间隙，故B正确；
C．处理数据时将一滴油酸酒精溶液中有纯油酸的体积除以油膜面积就得到了油酸分子的直径，故C错误；
D．若实验中撒的痱子粉过多，则油膜面积偏小，则计算得到的油酸分子的直径将偏大，故D正确。
故选ABD。
10．在“用油膜法估测分子的大小”实验中：
（1）该实验中的理想化假设是______ ；
A．将油膜看成单分子层油膜 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）某同学在本实验中，计算结果明显偏小，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．在向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液时，滴数多数了10滴
（3）该同学将一滴油酸酒精溶液滴入事先洒有均匀痱子粉的水槽中，待油膜充分散开后，在玻璃板上描出油膜的轮廓，该油膜的面积是8.0×10-3m2；已知油酸酒精溶液中油酸浓度为0.2%，400滴油酸酒精溶液滴入量筒后的体积是1.2ml，则油酸分子直径为______m。（结果保留两位有效数字）
【答案】 ABD BD 7.5×10-10m
【解析】（1）[1] 在“用油膜法估测分子的大小”实验中，认为油酸分子是球形，且紧密的一个挨着一个、中间没有间隙，形成溶液后薄薄的铺在水面上，形成单分子油膜，从而用油酸的体积除以油膜的表面积等于油酸分子的直径。
故选ABD。
（2）[2]A．计算油酸分子直径的公式为
V是纯油酸的体积，S是油膜的面积；
水面上痱子粉撒得较多，油膜没有充分展开，则测量的面积S偏小，导致计算结果偏大，故A错误；
B．若油酸中含有大量的酒精，使得测量的面积S偏大，计算结果偏小，故B正确；
C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，S偏小，结果偏大，故C错误；
D．在向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液时，滴数多数了10滴，浓度降低，纯油酸的体积减小，则d减小，故D正确。
故选BD。
（3）[3]根据题意有
所以油酸分子的直径为
物理观念
知道用油膜法估测油酸分子大小的实验思路.
科学思维
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.
科学探究
实验探究一般分子大小的数量级
科学态度与责任
通过油膜法测分子直径应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。