第02讲 实验：用油膜法估测油酸分子的大小（原卷版）

第02讲 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 课程标准课标解读通过实验，估测油酸分子的大小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。 知识点1．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，如图所示．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＝.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．【即学即练】“用油膜法估测分子的大小”的实验的方法及步骤如下：①向体积V油=1mL的油酸中加酒精，直至总量达到V总=500mL②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n=100滴时，测得其体积恰好是V0=1mL③先往边长为30~40cm的浅盘里倒入2cm深的水，然后将痱子粉均匀地撒在水面上④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，形成______，稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜的形状。⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，数出轮廓范围内小方格的个数N，小方格的边长a=20mm。根据以上信息，回答下列问题：（1）步骤④中应填写:___________；（2）1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V'=____mL；油酸薄膜的面积S约为____m2；（3）油酸分子的直径d的计算公式为:____________算得直径约为____________m（结果均保留两位有效数字）。 考法  用油膜法估测油酸分子的大小【典例1】在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每mL溶液中有lmL油酸。用注射器测得lmL上述溶液有20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，用彩笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和大小如图所示，坐标中正方形方格的边长为1cm，试求：(1)油酸膜的面积是多少；(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少；(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径。(结果保留两位有效数字)  题组A  基础过关练1．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，配制好适当比例的油酸酒精溶液，用注射器和量筒测得1mL含上述溶液50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，测出油膜的面积，便可算出油酸分子的直径。某同学计算出的油酸分子的直径结果明显偏大，可能的原因是（　　）A．油酸未完全散开B．油酸中含有大量酒精C．计算油膜面积时将所有不足一格的方格均记为了一格D．求每滴溶液中纯油酸的体积时，1mL溶液的滴数多记了几滴2．关于油膜面积的测量方法，下列做法正确的是（　　）A．油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能地散开，再用刻度尺去量油膜的面积B．油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能地散开，再用刻度尺去量没有油膜的面积C．油酸酒精溶液滴入水中后，应立即将油膜的轮廓画在玻璃纸上，再利用坐标纸去计算油膜的面积D．油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能地散开，再把油膜的轮廓画在玻璃纸上，然后用坐标纸去计算油膜的面积3．为了减小“用油膜法估测分子的大小”的误差，下列方法可行的是（　　）A．用注射器向量筒里滴100滴油酸酒精溶液，并读出量筒里这些溶液的体积V1，则每滴油酸酒精溶液的体积V2=B．用浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小一些C．先在浅盘水中撒些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液滴4滴在水面上D．用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成矩形4．某种油酸酒精溶液中油酸的体积百分比浓度为0.05%，50滴这种溶液的总体积为1 mL，将1滴这样的溶液滴在足够大的水面上，酒精溶于水并很快挥发，最后在水面上形成的油膜面积约为（　　）A．103 cm2 B．104 cm2C．105 cm2 D．106 cm25．在“用单分子油膜估测分子的大小”的实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是（　　）A．对油酸溶液起到稀释作用B．有助于测量一滴油酸的体积C．有助于油酸的颜色更透明便于识别D．可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓6．在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，现有油酸和酒精按体积比为n：m配制好的油酸酒精溶液置于容器中，还有一个盛有水的浅盘、一支滴管、一个量筒、爽身粉、带方格的玻璃板等。（1）用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液，读出油酸酒精溶液的体积V；（2）将爽身粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有爽身粉，可以清楚地看出油膜轮廓；（3）待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油酸膜的形状如图所示，则油膜面积为___________（已知每个小方格面积为S）；（4）估算油酸分子的直径的表达式d=___________（用题目中字母表示）。（5）某同学实验中最终测得的油酸分子直径偏大，则其原因可能是___________。（填选项前的字母）A．错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算B．计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理C．水面上爽身粉撒得较多，油酸膜没有充分展开 题组B  能力提升练1．关于“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，下列说法正确的是（　　）A．实验时应先将油酸酒精溶液滴入水中，再将痱子粉撒在水面上B．实验时可观察到油膜的面积一直扩张直至面积稳定C．实验中待油膜面积稳定后，用刻度尺测量油膜的面积D．计算油酸分子直径时用油酸体积除以对应油膜面积2．利用单分子油膜法估测分子的直径，需要测量的物理量是（　　）A．一滴油酸的体积和它的密度 B．一滴油酸的体积和它散成油膜的最大面积C．一滴油酸的质量和它的密度 D．一滴油酸形成油膜的厚度和它的密度3．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，阿伏伽德罗常数为NA，则下列说法不正确的是（　　）A．该实验中假设油酸分子是球模型，油酸在水面形成了单分子油膜B．实验中使用酒精的目的是为了稀释油酸C．由题目中数据可知油酸分子的直径为D．这一滴溶液中所含的油酸分子数为4．关于分子动理论，下列说法中正确的是（     ）A．图甲“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，应先滴油酸酒精溶液，再撒痱子粉B．图乙为水中某花粉颗粒每隔一定时间位置的连线图，连线表示该花粉颗粒做布朗运动的轨迹C．图丙为分子力F与分子间距r的关系图，分子间距从r0开始增大时，分子力先变小后变大D．图丁为大量气体分子热运动的速率分布图，曲线②对应的温度较高5．如图所示，“用油膜法估测分子的大小”的实验。在实验中，将油酸酒精溶液滴入水中后，接着操作的是（　　）A．立刻用刻度尺去量油膜的面积B．让油膜尽可能地散开，再用刻度尺去量油膜的面积C．立即将油膜的轮廓画在玻璃板上，再利用坐标纸去计算油膜的面积D．让油膜尽可能地散开，等到形状稳定后，再把油膜的轮廓画在玻璃板上，用坐标纸去计算油膜的面积6．在实验“用油膜法估测油酸分子的大小”中，用注射器向浅盘里的水面滴入的是（　　）A．一滴油酸酒精溶液 B．一滴纯油酸C．油酸酒精溶液 D．纯油酸7．（1）如图所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是___________（用符号表示）。（2）油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.6mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如上图所示。若每一小方格的边长为25mm，试问：这种估测方法是将每个油酸分子视为___________模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为___________油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的___________。图中油酸膜的面积为___________m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是___________m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是___________m。（计算结果均保留2位有效数字） 题组C  培优拔尖练1．某同学在做“用油膜法估测油酸分子大小”的实验时，下列操作使实验结果偏小的是（　　）A．直接使用了纯油酸B．撒的痱子粉过多，导致油酸未能完全散开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的溶液的滴数多计了10滴2．用油膜法估测油酸分子直径的实验中，一滴油酸酒精溶液中油酸的体积为V，油膜面积为S，油酸的摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为NA，下列说法正确的是（　　）A．一个油酸分子的质量为 B．一个油酸分子的体积为C．油酸的密度为 D．油酸分子的直径为3．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 m B．④①②⑤③， 8×10－10 mC．④①②⑤③， 5×10－10 m D．④②①⑤③， 8×10－10 m4．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5．在用油膜法估测油酸分子的大小的实验中，所用油酸酒精溶液的质量百分浓度为η，质量为m的油酸酒精溶液有n滴，且纯油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA。现取一滴溶液滴入撒有爽身粉的浅水盘里，待稳定后，将玻璃板放在浅盘上描绘出油酸膜的轮廓形状，再把玻璃板放在边长为1 cm的坐标纸上，算出油膜的面积S。关于本实验，下列说法正确的是（　　）A．一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为B．油酸分子直径为C．一滴油酸酒精溶液中所含油酸分子个数为D．计算油膜的面积可以通过在坐标纸上数油膜轮廓内格子数得到6．钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为（单位为），摩尔质量为（单位为），阿伏加德罗常数为。已知1克拉克，则（　　）A．克拉钻石所含有的分子数为B．克拉钻石所含有的分子数为C．每个钻石分子直径的表达式为（单位为m）D．每个钻石分子直径的表达式为（单位为m）E．每个钻石分子的质量为7．在用油膜法估测分子大小的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为，且滴溶液体积为。现取1滴溶液滴入撒有痱子粉的浅水盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上描绘出油酸膜的轮廓形状，再把玻璃板放在边长为的坐标纸上，算出油膜的面积。关于本实验，下列说法正确的是（　　）A．不用痱子粉，直接将1滴溶液滴入浅水盘也可以完成实验B．水面上形成的油酸薄膜的体积为C．估测油酸分子的直径为D．在坐标纸上数油膜轮廓内格子数以计算油膜的面积采用的是近似法E．用配制的油酸酒精溶液的原因是因为易于形成油酸的单分子油膜8．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，下列做法正确的是_______A．用注射器吸取配置好的油酸酒精溶液，一滴一滴地滴入小量筒中，若100滴溶液的体积是1ml，则1滴溶液中含有油酸10-2mlB．用浅盘装入适量的水，然后将痱子粉均匀地撒在水面上C．用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，等油膜的形状稳定之后再描绘其形状D．将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，再用刻度尺去量油膜的面积E．根据1滴油酸溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d=，即油酸分子的直径9．在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：a.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。b.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。c.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，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。d.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。e.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，①上述步骤中，正确的顺序是___________。②在用油膜法估测分子直径的实验中，会使测算结果偏大的操作是___________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．求每滴溶液中纯油酸的体积时，1mL溶液的滴数多记了10滴10．在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为c，又用滴管测得每N滴这种油酸酒精溶液的总体积为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，测得油膜占有小正方形个数为n。用以上字母表示油酸分子直径的大小d＝_______。在实验中，具体操作如下：Ⅰ.取油酸1.00mL注入800mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到800mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液。Ⅱ.用滴管吸取制得的溶液并逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒中的溶液达到1.00mL为止，恰好共滴了50滴。Ⅲ.在浅盘内注入蒸馏水，待水面稳定后将爽身粉均匀地撒在水面上，静置后用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上散开形成一层油膜。Ⅳ.待油膜稳定后，测得此油膜面积为1.30×102cm2。这种粗测方法是将每个分子视为球形，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜是由单层油酸分子组成，这层油膜的厚度即可视为油酸分子的直径。求：（1）1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是_______mL。（结果保留两位有效数字）（2）油酸分子直径是_________m。（结果保留两位有效数字）（3）某学生在做该实验时，发现计算的直径偏大，可能的原因是_______。A．爽身粉撒得过多B．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格C．计算每滴油酸酒精溶液的体积时，1mL的溶液的滴数少记了几滴D．在滴入量筒之前，配制的溶液在空气中搁置了较长时间