备战2025年高考物理考点一遍过学案考点59 实验：用油膜法估测分子直径大小

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用油膜法估测分子直径的大小
1．原理：把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，使油酸在水面上形成单分子油膜，如果把油酸分子简化成球形，则油膜的厚度即为油酸分子的直径，如图所示。
2．计算：如果测出油酸的体积为V，单分子油膜的面积为S，则油酸分子的直径d=。
3．分子大小：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。
4．油膜法测分子直径
（1）实验步骤
①在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀撒在水面上。
②用注射器往小量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液，记下滴入的滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积V0。
③将一滴油酸溶液滴在浅盘的液面上。
④待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃放在浅盘上，用水彩笔（或钢笔）画出油酸薄膜的形状。
⑤将玻璃放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S；或者玻璃板上有直径为1 cm的方格，则也可通过数方格数，算出油酸薄膜的面积S。
⑥根据已配好的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V。
⑦计算油酸薄膜的厚度d=，即为油酸分子直径的大小
（2）注意事项
①实验前，必须把所有的实验用具擦洗干净，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。
③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。
④痱子粉不宜撒得过厚，油酸酒精溶液的浓度以小于为宜。
⑤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．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=×油酸溶液的体积比。（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．几点说明
（1）酒精油酸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）利用小格子数计算轮廓面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。为减小误差，不足半个格子的舍去，多于半个格子的算一个。方格边长的单位越小，计算出的面积越精确。
（3）测量量筒内溶液增加1 mL的滴数时，体积观测不准确会带来很大误差，注意正确的读取体积的方法，应选用内径小的量筒。
（4）油膜形状的画线不准会带来误差。
在用油膜法估测分子的大小的实验中，具体操作如下：
①取油酸1.0 mL注入250 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250 mL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；
②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.0 mL为止，恰好共滴了100滴；
③在边长约40 cm的浅水盘内注入约2 cm深的水，将细石膏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，膜上没有石膏粉，可以清楚地看出油膜轮廓；ZXXK]
④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状；
⑤将画有油膜形状的玻璃板放在边长为1.0 cm的方格纸上，算出完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个。
利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸为________m3，油膜面积为________m2，求得的油膜分子直径为________m。（结果全部取2位有效数字）
【参考答案】
【详细解析】油酸酒精溶液的浓度为，一滴溶液的体积为，则一滴油酸酒精溶液含纯油酸为；油膜的面积；油膜分子直径为。
1．为了减小“油膜法估测分子的大小”的实验误差，下列方法可行的是
A．用注射器向量筒中滴入（100滴）油酸酒精溶液，并读出量筒里这些溶液的体积恰为整数V1，则每滴溶液的体积为V2=
B．把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小些
C．先在浅盘内的水中撒入一些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液滴1滴在水面上
D．用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成规则形状
E．计算油膜面积时舍去所有不足一个的方格
【答案】ABC
【解析】测量多滴溶液的体积和溶液的滴数，以减小读数误差，A正确；水面离盘口距离小些，可减小画油膜轮廓时的误差，B正确；滴入1滴液滴形成单分子油膜，C正确；用牙签拨弄油膜，会使油膜间有空隙，还会带走一部分油酸，D错误；舍去所有不足一个的方格，结果偏大，E错误。
2．（2018·泰安期中联考）在“用油膜法估测分子的大小”实验中，实验老师已经配置好了油酸酒精溶液，该老师向1毫升油酸中加酒精，直至总量达到a毫升，配制好的油酸酒精溶液置于容器中，还有一个盛有约2 cm深水的浅盘，一支滴管，一个量筒。
（1）用滴管向量筒内加注b滴油酸酒精溶液，读其体积1毫升，则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为___________毫升；
（2）用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘，等油酸薄膜稳定后，将薄膜轮廓描绘在坐标纸上，如图所示。（已知坐标纸上每个小方格面积为s cm2，求油膜面积时，半个以上方格面积记为s cm2，不足半个舍去)则油膜面积为________厘米2；
（3）估算油酸分子直径的表达式为d＝________厘米。
【答案】（1） （2）115s（110s~120s） （3）
【解析】（1）1毫升油酸酒精溶液中含有油酸为，
1毫升b滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积；
（2）半个以上方格面积记为s cm2，不足半个舍去，则共大约有150个方格，即油膜面积为115s；
（3）油酸分子的直径为。
1．采用油膜法估测分子的直径，先将油酸分子看成球形分子，再把油膜看成单分子油膜，在实验时假设分子间没有间隙。实验操作时需要测量的物理量是
A．1滴油酸的质量和它的密度
B．1滴油酸的体积和它的密度
C．油酸散成油膜的面积和油酸的密度
D．1滴油酸的体积和它散成油膜的最大面积
2．（2018·上海调研）用“单分子油膜估测分子的大小”的实验中，用到了“数格子”的方法，是为了估算
A．一滴油酸的体积
B．一滴油酸的面积
C．一个油酸分子的体积
D．一个油酸分子的面积
3．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用a ml纯油酸配制成b ml的油酸酒精溶液，现已测得一滴溶液c ml，将一滴溶液滴入水中，油膜充分展开后面积为S cm2，估算油酸分子的直径大小为
A．B．
C．D．
4．（2018·衡阳一模）下列说法正确的是
A．一定温度下饱和汽的密度为一定值，温度升高，饱和汽的密度增大
B．用“油膜法估测分子大小”实验中，油酸分子的直径等于油酸酒精溶液的体积除以相应油酸膜的面积
C．在分子间距离增大的过程中，分子间的作用力可能增加也可能减小
D．气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大
E．自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
5．（2018·玉溪一中期中）下列说法正确的是
A．用“油膜法估测分子大小”的实验中，油酸分子的直径等于油酸酒精溶液的体积除以相应油酸膜的面积
B．已知某种气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数不能估算出单个气体分子的体积
C．甲、乙两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种气体，已知甲、乙容器中气体的压强分别为p1和p2且p1