第4节　实验：用油膜法估测分子的大小

对应学生用书p241

一、实验目的

1．用油膜法估测分子的直径．

2．学习一种估测分子大小数量级的方法．

二、实验原理

用油膜法测定分子大小的原理是：用累积法测出油滴的体积V0，根据溶液浓度算出纯油酸的体积V，测出油滴形成单分子油膜层的面积S，如果把分子看做球形，就可算出油酸分子的直径d＝.分子虽然很小，但分子间有空隙，除一些有机物质的大分子以外，一般物质分子直径的数量级都是10－10 m.

本实验采用使油酸在水面上形成一层单分子的油膜的方法，估测分子的大小，油酸是一种脂肪酸，它的分子和水有很强的亲和力，当它浮于水面时，能形成一块单分子层油膜，如果油膜分子可以大致看成球形，油膜的厚度就是分子的直径，如图所示．

三、实验器材

用酒精稀释过的油酸、滴管、痱子粉、浅盘及水、玻璃板、彩笔、量筒、坐标纸．

四、实验步骤

1．配制油酸酒精溶液，取1 mL的油酸滴入酒精中配制成500 mL的油酸酒精溶液．

2．用滴管或注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一定体积(例如1 mL)时的滴数，算出一滴油酸酒精溶液的体积．

3．实验时先向边长为30～40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上用滴管往水面上滴一滴油酸酒精溶液，油酸立即在水面上散开，形成一块薄膜．

4．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上．

5．将画有油酸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．

6．根据配制的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V.根据一滴纯油酸的体积V和薄膜的面积S即可算出油酸薄膜的厚度d＝，即油酸分子的大小．

五、数据处理

根据上面记录的数据，完成以下表格．

六、误差分析

用油膜法估测分子的直径，通常可以测得比较准，实验误差通常来自三个方面：

1．形成单分子油膜

只有形成单分子油膜，才能用油膜的厚度代表分子的直径，即d＝.要求使用的酒精的浓度、痱子粉的用量适宜．

2．油滴的体积V

用累积法测油滴的体积．先测出1 mL的油酸酒精溶液的滴数，从而计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再由油酸酒精溶液的浓度算出纯油酸的体积．

3．油膜的面积S

用坐标纸测出形状不规则油膜的面积．数出不规则图形的轮廓包围的方格数，计算方格数时，不足半格的舍去，多于半格的算一个，方格边长的单位越小，这种方法求出的面积越精确．

七、注意事项

1．油酸酒精溶液的浓度应小于0.1%.

2．痱子粉的用量不要太多，否则不易成功．

3．测1滴油酸酒精溶液的体积时，滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数，应多滴几滴，数出对应的毫升数，这样求平均值时误差较小．

4．浅盘里水离盘口面的距离应小些，并要水平放置，以便准确地画出油膜的形状，画线时视线应与板面垂直．

5．要待油膜形状稳定后，再画轮廓．

6．利用坐标纸求油膜面积时，以边长1 cm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，大于半个的算一个．

7．做完实验后，把水从盘的一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，然后用脱脂棉擦去，最后用水冲洗，以保持盘的清洁．

八、实验改进

在做本实验时，把痱子粉均匀撒在水面上是很关键的一步．在实际操作时常撒的不均匀或撒得过多，因痱子粉不溶于水又不能搅拌，只好重做．可用印刷碳粉代替痱子粉，因为印刷碳粉不溶于水且漂浮在水面上，若撒的太多，可将水和碳粉一起倒出，然后用玻璃棒搅拌，直至碳粉在水面薄且均匀，若撒的不均匀，可直接用玻璃棒搅拌均匀．

对应学生用书p242

　　例1　(1)在做“用油膜法估测分子的大小”实验时，已经准备的器材有：油酸酒精溶液、滴管、玻璃板、彩笔、浅盘和水，要完成本实验，还欠缺的器材有____________________．

(2)在用油膜法粗测分子直径的实验中，在哪些方面做了理想化的假设：________________________________________________________________________；实验中滴在水面的是酒精油酸溶液而不是纯油酸，这是因为______________________________________________；在将酒精油酸溶液滴向水面前，要先在水面上均匀撒些痱子粉，这样做是为了______________________．

(3)下面4个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的4个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是____________(用符号表示)．

(4)在做用油膜法估测分子大小的实验中，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＝________．

[解析] 根据实验要求，所缺的器材为量筒、痱子粉、坐标纸；在用油膜法粗测分子直径的实验中，一般将油膜看成单分子膜，将油酸分子简化为球形，这样容易估算出分子直径；计算格数时，不足半格的舍去，多于半格的算一个．方格边长的单位越小，求出的面积越精确．一滴纯油酸的体积为，这滴油酸在水面上散开的面积为Xa2，则d＝＝.

[答案] (1)量筒、痱子粉、坐标纸

(2)将油膜看成单分子膜，将油酸分子简化为球形，认为油酸分子是一个紧挨一个的　纯油酸黏滞力较大，直接测量体积时误差太大　界定油膜大小的边界

(3)d、a、c、b

(4)①　②57

【变式1】　(多选)在做“油膜法估测分子的大小”实验时，配制好浓度为0.06%的油酸酒精溶液(单位体积溶液中含有纯油酸的体积)，1 mL上述溶液用注射器刚好滴75滴；在撒有均匀痱子粉的水面上用注射器滴1滴油酸酒精溶液，水面上形成油酸薄膜，如图为油膜稳定后的形状，每个正方形小方格的边长为10 mm.下列有关该实验的说法正确的有(　　)

A．油膜的面积为100 cm2

B．一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为8.0×10－6 mL

C．油酸分子的直径约为7.4×10－9 m

D．为减少误差应将注射器移到水面中央靠近水面处滴入溶液

E．数油膜面积时不慎将几个不足一格的按一格计算，不影响估算结果的数量级

[解析] 图中每个正方形小方格的面积S0＝102 mm2，数图中轮廓线所围小方格数为115个(大于半个的算一个，小于半个的舍弃)，图中油酸薄膜的面积为S＝115×S0＝115 cm2，选项A错误；一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V＝ mL×0.06%＝8.0×10－6 mL，选项B正确；由V＝Sd，解得油酸分子的直径约为d＝＝7.0×10－10 m，选项C错误；为了减小误差应将注射器移到水面中央靠近水面处滴入溶液，选项D正确；数油膜面积时不慎将几个不足一格的按照一格计算，不影响估算结果的数量级，选项E正确．

[答案] BDE