2021高考物理（选择性考试）人教版一轮学案：第十二章实验12　用油膜法估测分子的大小

实验12　用油膜法估测分子的大小

(1)体会通过测量宏观量估算微观量的方法．

(2)学习一种估测分子大小的数量级的方法．

实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子直径的大小．油酸对水有很强的亲和力．当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就会在水面上散开，其中的酒精溶于水，油酸在水面上形成如图甲所示形状的一层纯油酸单分子薄膜．如图乙所示，实验中如果测算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分子的大小，即d＝.

(1)油酸酒精溶液若干毫升，体积配比为1∶200.

(2)注射器或滴管1支．

(3)量筒1个．

(4)浅盘1个，规格为30 cm×40 cm.

(5)玻璃板1块(面积大于30 cm×40 cm)，坐标纸．

(6)彩色水笔1支．

(7)痱子粉(或石膏粉)1盒．

(8)清水若干升．

(1)配制油酸酒精溶液，把1 mL的油酸溶于酒精中，制成200 mL的油酸酒精溶液．

(2)往浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上．

(3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴油酸酒精溶液，使溶液体积恰好为1 mL，算出每滴油酸酒精溶液所含油酸的体积V0＝ mL.

(4)用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴油酸酒精溶液，油酸在水面上慢慢散开，形成单分子油膜．

(5)待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上．

(6)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积．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，不足半格的舍去，多于半格的算一格．

(7)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，根据一滴油酸的体积V和其形成的薄膜的面积S，算出油酸薄膜的厚度d＝，即为油酸分子的大小．比较算出的分子大小，看其数量级是否为10－10 m.

1．实验前，必须将所有的实验用具擦洗干净．实验时，吸取油酸、酒精和油酸酒精溶液的滴管不能混用，否则会增大实验误差．

2．油酸酒精溶液中油酸与酒精的体积比以1∶200为宜．

3．浅盘里的水面离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出油酸薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直．

4．油酸在水面上形成的薄膜先扩散后收缩，要在薄膜形状稳定后再画轮廓．薄膜扩散后又收缩的原因有两个：一是水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后，薄膜回缩.  

5．滴油酸溶液的滴口应在离水面1 cm之内，否则油酸薄膜难以形成．实验前要注意训练好滴法. 

考点一  实验原理和实验步骤

　在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，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，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，然后用彩笔将油膜的形状描绘在玻璃板上．

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1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得1 cm3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0.13 m2.由此估算出油酸分子的直径为____________m(结果保留一位有效数字)．

解析：(1)实验前需先测量配置好的一滴油酸酒精溶液的体积；再将痱子粉均匀撒在盛有水的浅盘内；待痱子粉稳定后将一滴油酸溶液滴在撒有痱子粉的水面上；等到油膜的形状稳定后描绘油膜的轮廓；再利用方格纸计算油膜的面积，最后计算分子直径．故本实验的正确顺序是④①②⑤③.

(2)一滴油酸酒精溶液中油酸的体积为V＝ × m3＝SD，其中S＝0.13 m2，故油酸分子的直径D＝＝5×10－10 m.

答案：(1)④①②⑤③　(2)5×10－10

解决“用油膜法估测分子的大小”实验问题的关键是要理解分子模型，也就是理解油酸分子在水面上形成的薄膜的厚度即分子直径．数油膜面积对应的格子数时，完整的算一格，不完整的大于等于半格的算一格，不到半格的舍去．

考点二  实验数据处理

　在“用单分子油膜估测分子大小”的实验中．

(1)(多选)某同学计算出的结果明显偏大，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．求每滴溶液中纯油酸的体积时，1 mL溶液的滴数多记了10滴

(2)在做实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸1 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有200滴．把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油膜的近似轮廓如图所示．图中正方形小方格的边长为1 cm，根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________nm.

解析：(1)分子直径d＝，计算出的结果明显偏大，若油酸未完全散开，面积偏小，直径偏大，A正确；若油酸中含有大量酒精，会使油膜面积偏大，直径偏小，B错误；若计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，会使油膜面积偏小，直径偏大，C正确；求每滴溶液中纯油酸的体积时，1 mL溶液的滴数多记了10滴，会使液滴体积变小，直径偏小，D错误．

(2)油酸酒精溶液的浓度为，一滴溶液中含有纯油酸的体积为× mL，形成油膜约占125个小格，即S＝125×10－4 m2，则油酸分子的直径d＝＝4×10－10 m＝0.4 nm.

答案：(1)AC　(2)0.4

正方形小方格数法注意：不足半格舍掉，超过半格算一格，相当于四舍五入．

考点三  实验拓展创新

　测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法．

(1)在“用油膜法估测分子大小”的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液．然后用滴管吸取这种溶液，向小量简中滴入50滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下1滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图甲所示．坐标格中每个小正方形方格的大小为2 cm×2 cm.由图可以估算出油膜的面积是________cm2，由此估算出油酸分子的直径是____________m(保留一位有效数字)．

(2)如图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片．这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43×10－8 m的圆周而组成的．由此可以估算出铁原子的直径约为__________m(结果保留两位有效数字)．

解析：(1)数油膜的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面积S＝64×2 cm×2 cm＝256 cm2.溶液浓度为，每滴溶液体积为 mL，1滴溶液中所含油酸体积为V＝2×10－5 cm3.油膜厚度即油酸分子的直径是d＝≈8×10－10 m.

(2)直径为1.43×10－8 m的圆周周长为D＝πd≈4.49×10－8 m，可以估算出铁原子的直径约为

d′＝ m≈9.4×10－10 m.

答案：(1)256　8×10－10　(2)9.4×10－10