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高中物理实验13用油膜法估测分子的大小



夏晓桐用油膜法估测分子的大小 1.“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下: A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数(不足半个的舍 去,多于半个的算一个),再根据方格的边长求出油膜的面积 S. B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在 浅盘上,用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上. C.用浅盘装入约 2 cm 深的水. V D.用公式 d= 求出薄膜厚度,即油酸分子的大小. S E.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. (1)上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完全,请指出: ①____________________________________________________________________ ②___________________________________________________________________ (2)上述实验步骤的合理顺序是________. 2.在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,现有按体积比为 n∶m 配制好的油酸酒精溶液置于容器 中,还有一个盛有约 2 cm 深水的浅盘,一支滴管,一个量筒. 请补充下述估测分子大小的实验步骤: (1)________________(需测量的物理量自己用字母表示.) (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,如图实-8-3 所示.(已 知坐标纸上每个小方格面积为 S,求油膜面积时半个以上方 格面积记为 S,不足半个的舍去)则油膜面积为________. (3)估算油酸分子直径的表达式为 d=____________. 3. 油酸酒精溶液的浓度为每 1000 mL 油酸酒精溶液中有油酸 0.6 mL,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 1 mL,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 的形状如图实-8-4 所示.若每一小方格的边长为 25 mm,试问: (1)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________.图实-8-4 中油酸膜的面积为________m2;每一滴油酸酒精 溶液中含有纯油酸体积是________m3;根据上述数据,估测出油酸分子的直径 是________m.(结果保留两位有效数字) (2)某同学在实验过程中,在距水面约 2 cm 的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形 成油膜,实验时观察到,油膜的面积会先扩张后又收缩了一些,这是为什么呢? 请写出你分析的原______________________________________________________
1

_______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________. 4.在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,已知一滴溶液中油酸的体积为 V,配制的油酸溶液中纯油酸 与溶液体积之比为 1∶500,1 mL 油酸溶液 50 滴,那么一滴溶液的体积是_______mL,所以一滴溶液中油 酸体积为 V=_______ cm3. 若实验中测得的结果如下表所示,请根据所给数据填写空白处的数值,并与公认的油酸分子直径值 d0= 5.12×10
-10

m 作比较,并判断此实验是否符合数量级的要求. 次数 1 2 3 S(cm2) 538 545 563 V - d= (10 7cm) S d 平均值

5.利用油膜法可以粗略测出阿伏加德罗常数,把密度 ρ=0.8×103 kg/m3 的某种油,用滴管滴出一滴在水 面上形成油膜, 已知这滴油的体积为 V=0.5× 10
-3

cm3, 形成的油膜面积为 S=0.7 m2.油的摩尔质量 M=0.09

kg/mol.若把油膜看成是单分子层,每个油分子看成球形,只需要保留一位有效数字,那么: (1)该油分子的直径是多少? (2)由以上数据可粗略测出阿伏加德罗常数 NA 的值是多少?(先列出计算式,再代入数据计算)

1 解析:(1)①C 步骤中,要在水面上均匀地撒上石膏粉或痱子粉. ②实验中,要有步骤 F:用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内 增加一定体积时的滴数.(2)合理顺序为 CFBAED 答案:(1)见解析 (2)CFBAED 2 解析:(1)用滴管向量筒内加注 N 滴油酸酒精溶液,读其体积 V. (2)利用补偿法,可查得面积为 8S. V n (3)1 滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为 V′= × ,油膜面积 S′=8S,由 d N m+n = V′ nV ,得 d= .答案:(1)见解析 S′ 8NS(m+n) nV (2)8S (3) 8NS(m+n)
-6

3 解析:油膜面积约占 70 小格,面积约为 S=70×25×25×10

m2≈4.4×10

-2

1 0.6 - - m2, 一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为 V= × ×10 6 m3=1.2×10 11 50 1000 m3,油酸分子的直径约等于油膜的厚度 V 1.2×10 - d= = m≈2.7×10 10 m. S 4.4×10-2
2
-11

答案:(1)球体 单分子 直径 4.4×10 1.2×10
-11

-2

2.7×10

-10

(2)主要有两个原因:①水面受到落下油滴的冲击,先陷下后又恢复水平,因此油膜的面积扩张; ②油酸酒精溶液中的酒精挥发,使液面收缩 1 4 解析:1 滴溶液的体积 V 溶液= mL, 50 其中含油酸体积 V= 1 - V =4×10 5cm3, 500 溶液

据此算出 3 次测得的 d 值分别为 d1≈7 .43×10 8cm,d2≈7.34×10 d3≈7.10×10 8cm,其平均值 d= d1+d2+d3 - - =7.29×10 8cm=7.29×10 10m, 3
- - -8

cm,

这与公认值的数量级相吻合,故本次估测数值符合数量级的要求. 1 答案: 50 4×10
-5

0.743 0.734 0.710

7.29×10

-10

m 符合

V 5 解析:(1)由 d= 可得: S 0.5×10 3×10 d= 0.7
- -6

m≈7×10

-10

m

1 (2)每个油分子的体积 V0= πd3 6 油的摩尔体积 Vmol= M ρ

假设油是由油分子紧密排列而成的,有: NA= Vmol 6M = V0 πρd3


代入数据可得 NA≈6×1023 mol 1. 答案:(1)7×10
-10

m (2)见解析

3


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