物理选择性必修 第三册2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小优秀当堂达标检测题

1.2实验：用油墨法估测油酸分子的大小

基础导学

要点一、用油膜法估测油酸分子的大小

1．实验目的：用油膜法估测油酸分子的大小．

初步学会用统计的方法求物理量．

2．实验原理

当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中并很快挥发，在水面上形成一层纯油酸的单分子层薄膜，如图所示．如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可以认为等于油酸分子的直径．

实验中如果算出一定体积V的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积S，即可算出油酸分子直径的大小，即d＝.

3．实验器材

清水、酒精、油酸、量筒、浅盘(边长约为30 cm～40 cm)、注射器(或滴管)、玻璃板、彩笔、痱子粉(或石膏粉)、坐标纸、容量瓶(500 mL)．

4．实验步骤

(1)用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以减少实验误差；

(2)配制油酸酒精溶液：取油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500 mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸分子充分与酒精分子结合，这样就得到了浓度为0.2%的油酸酒精溶液；

(3)用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积时的滴数；

(4)向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上；

(5)用注射器或滴管将油酸酒精溶液滴在水面上一滴；

(6)待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃板上；

(7)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，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，算出油膜的面积S；

(8)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，并代入公式d＝算出油酸薄膜的厚度d；

(9)重复以上实验步骤多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子的大小．

5．数据处理(计算方法：)

(1)一滴油酸溶液的平均体积

＝

(2)一滴油酸溶液中含纯油酸的体积V

V＝×油酸溶液的体积比

(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＝(代入数据时注意单位的统一)

6．注意事项

(1)油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度产生实验误差．

(2)实验前应练习好滴法．

(3)待测油酸扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓，扩散后又收缩有两个原因：第一是水面受到油酸滴冲击凹陷后恢复；第二是酒精挥发后液面收缩．

(4)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧面上会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱棉擦干，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁．

(5)从盘的中央加痱子粉，使粉自动扩散至均匀，比在水面上撒粉效果好．

(6)本实验只要求估算分子大小，实验结果数量级符合要求即可．

强化训练

一、选择题

1、在“用油膜法估测分子大小”的实验中，能将油膜的厚度近似认为等于油酸分子的直径，下列措施可行的是(　　)

A．把痱子粉均匀地撒在水面上，测出其面积

B．取油酸一滴，滴在撒有均匀痱子粉的水面上形成面积尽可能大的油膜

C．取油酸酒精溶液一滴，滴在撒有均匀痱子粉的水面上形成面积尽可能大的油膜

D．把油酸酒精溶液滴在撒有均匀痱子粉的水面上后，要立即描绘油酸在水面上的轮廓

【答案】C

【解析】

A．要正确完成该实验，首先要在水面上均匀的撒上薄薄的一层痱子粉，作用是方便确定油膜的边界，A错误；

B．由于纯油酸较黏稠不易展开需利用酒精稀释，B错误；

CD．向撒有均匀痱子粉的水中滴入一滴油酸酒精溶液，静置稳定后在水面上形成尽可能大的单分子油膜，再描绘油酸在水面上的轮廓以确定其面积，C正确，D错误。

故选C。

2．（2022·江苏泰州·高三期末）在“用油膜法估测分子直径大小”实验中，某同学测得到油酸分子直径的结果明显偏小，可能是由于（　　）

A．油酸酒精溶液中含有大量酒精

B．油酸在水面未完全散开

C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格

D．在向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液时，滴数多数了几滴

【答案】D

【详解】

计算油酸分子直径的公式是，V是纯油酸的体积，S是油膜的面积。

A．计算时利用的是纯油酸的体积，酒精的作用是更易于油酸平铺成单层薄膜，自身溶于水或挥发掉，使测量结果更精确，故A错误；

B．油膜没有充分展开，则测量的面积S偏小，导致结果计算偏大，故B错误；

C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，S将偏小，故得到的分子直径将偏大，故C错误；

D．计算时把向量筒中滴入1mL油脂酒精溶液时，滴数多数了几滴，浓度降低，则d偏小，故D正确；

故选D。

3．（2021·江苏盐城·高二期末）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

【答案】D

【详解】

油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能散开，形成单分子油膜，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，由于油膜不规则，无法用刻度尺去量油膜的面积。

故选D。

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 cm2

C．105 cm2 D．106 cm2

【答案】A

【解析】1滴溶液中含纯油酸的体积V=×10-6×0.05% m3=1×10-11 m3，分子直径的数量级为10-10 m，由

V=Sd得S= m2=10-1 m2=103 cm2，故选A。

5．（2021·福建莆田高二期末）在“用油膜法测量油酸分子大小”的实验中，下列说法正确的是（　　）

A．用油膜法可以精确测量分子的大小

B．计算油膜面积时，应舍去所有不足一格的方格

C．根据油酸的体积和油膜的面积可算出油酸分子的直径

D．实验时应先将一滴油酸酒精溶液滴入水面、再把痱子粉洒在水面上

【答案】C

【解析】

A．由于油膜法假设分子是单层并且紧密相连的，并不完全符合实际，故不能精确测量分子的大小，故A错误；

B．在计算面积时，超过半个的按一个，不足半格的才能舍去，故B错误；

C．根据实验原理可知，分子直径是由纯油酸的体积除以相应的油膜的面积，故C正确；

D．实验时要先洒痱子粉，再滴油酸酒精溶液；故D错误；

故选C。

二、解答题

6、油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL，用滴管向量筒内滴50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1 mL.若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示：

(1)若每一小方格的边长为30 mm，则油酸薄膜的面积为________m2；

(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为________m2；

(3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径为________m.

思路点拨：

解析：　(1)用填补法数出在油膜范围内的格数(面积大于半个方格的算一个，不足半个的舍去不算)为55个，油膜面积约为S＝55×(3.0×10－2 m)2＝4.95×10－2 m2.

(2)因50滴油酸酒精溶液的体积为1 mL，且溶液含纯油酸的浓度为ρ＝0.06%，故每滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为V0＝ρ ＝×0.06% m3＝1.2×10－11 m3.

(3)把油酸薄膜的厚度视为油酸分子的直径，可估算出油酸分子的直径为

d＝＝ m＝2.4×10－10 m

答案：　(1)4.95×10－2　(2)1.2×10－11　(3)2.4×10－10

7、在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，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。

完成下列填空：

 （1）上述步骤中，正确的顺序是_________________。（填写步骤前面的数字）

 （2）将1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液；测得lcm3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0.13m2。由此估算出油酸分子的直径为___________________m。（结果保留l位有效数字）

【答案】：（1）④①②⑤③；（2）5×10－10

【解析】本题考查用油膜法估测油酸分子直径大小的实验。（1）依据实验顺序，首先配置混合溶液（④），然后在浅盘中放水和痱子粉（①），将一滴溶液滴入浅盘中（②），将玻璃板放在浅盘上获取油膜形状（⑤），最后用已知边长的坐标纸上的油膜形状来计算油墨的总面积（③），故正确的操作顺序为④①②⑤③；（2）一滴油酸酒精溶液的体积为：V＝＝SD，其中S＝0.13cm2，故油酸分子直径：

D＝＝＝5×10－10m。

8.在做“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每溶液中有纯油酸，用注射器测得上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水且表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为。

（1）下列有关该实验的说法正确的是__________。

A．本实验也可直接将纯油酸滴水面上测量

B．本实验将油膜看成单分子油膜

C．本实验忽略了分子的间隙

D．测量油膜面积时，由于不足一格的正方形面积无法估读，全部舍去

（2）该实验中每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为___________；油酸膜的面积是___________；按以上实验数据估测出油酸分子的直径为___________。（最后1空保留2位有效数字）。

【答案】BC        288       

【解析】

（1）[1]A．1滴纯油酸所包含的油酸分子数量过大，不易在水面上形成单分子油膜，故A错误；

B．油酸的分子式为C17H33COOH，它的一部分是羧基-COOH，对水有很强的亲合力；另一部分C17H33-对水没有亲合力而要冒出水面。因此油酸分子会一个个地直立在水面上形成单分子油膜，故B正确；

C．本实验中，将油酸分子视为球形，并紧密排列在一起，即忽略了分子的间隙，故C正确；

D．测量油膜面积时，由于不足一格的正方形面积无法估读，所以超过半格的算一格，不足半格的舍去，故D错误。

故选BC。

（2）[2] 该实验中每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为

[3]油酸膜的面积是

[4]按以上实验数据估测出油酸分子的直径为