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实验用油膜法估测分子大小


实验:用油膜法估测分子大小
(一)实验目的 1.会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积; 2.计算分子的大小. (二)实验原理 利用油酸的酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜,将油酸分子看作球形,测出一定 体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积,用 d=V/S 计算出油膜的厚度.这个厚度就近似等于 油酸分子的直径.(如图)

(三)实验器

材 配制好的油酸酒精溶液、浅盘、痱子粉(或石膏粉)\,注射器\,量筒\,玻璃板\,彩笔\, 铅笔\,坐标纸. (四)实验步骤 1.测一滴油酸酒精溶液中油酸的体积 用注射器取出事先按一定比例配制好的油酸酒精溶液,缓缓推动活塞使溶液一滴一滴地 滴入量筒,记下量筒内增加一定体积(如 x mL)时的滴数 n,算出一滴油酸酒精溶液的体积 V′=

x mL. n

再根据油酸酒精溶液中油酸的体积比 η ,算出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积 V=V′ η . 2.形成油膜 在浅盘中倒入约 2 cm 深的水,然后将痱子粉均匀地撒在水面上,再用注射器将事先配制 好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,一会儿就会在水面上形成一层形状不规则的油酸薄膜. 3.测油酸薄膜的面积 待油酸薄膜稳定后,将玻璃板平放在浅盘上,然后用彩笔将油膜的形状画在玻璃板上. 将画有油膜形状的玻璃板放在坐标纸上,数出油膜的格数,算出油膜的面积 S(以坐标纸
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上边长为 1cm 的正方形为单位,数轮廓内正方形个数时,不足半个的舍去,多于半个的算一 个). 4.估算出油酸分子的大小 根据测出的一滴油酸酒精溶液里油酸分子的体积 V 和油酸薄膜的面积 S,可求出油膜的 厚度 l,则 l 可看作油酸分子的直径 d. 即 d=l=

V . S

解 题 技 法 技法讲解 用油膜法测定分子大小, 是利用简化模型把分子看做了小球,实际上,分子有着复杂的内 部结构,并不是真的是小球,小球是其理想化的模型,这是研究物理问题的重要思想方法 .即 将复杂的物理过程\,物理现象中最本质\,具有共性的东西抽象出来,将其理想化\,模型化, 略去其次要因素和条件,研究其基本规律,但在运用时要注意其规律的适用范围和运用前提. 典例剖析 例 1 用油膜法测分子大小时要满足的理想化的条件是() A.把在水面上尽可能充分散开的油膜视为单分子油膜 B.把形成单分子油膜的分子看作紧密排列的球形分子 C.将油膜视为单分子油膜,但需考虑分子间隙 D.将单分子视为立方体模型 二、数据处理方法 技法讲解 (1)油酸体积的计算 如果知道油酸酒精溶液浓度为 P,测量出 N 滴油酸酒精溶液的体积为 V,那么 1 滴油酸 酒精溶液中含有的油酸体积为 V. V=

VP 6 3 ×10- m N

(2)数格子的方法 这是估测不规则形状面积的一种方法: 将一玻璃板放在不规则面积的上方, 在玻璃板上 画出不规则图形的轮廓, 然后将其放在坐标纸上, 数出不规则图形的轮廓包围的方格数. 计算方格数时,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,这种 方法求出的面积越精确. 典例剖析 例 2 在做用油膜法估测分子大小的实验中,将油酸溶于酒精,其浓度为每 104 mL 溶液

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中有 6 mL 油酸.用注射器测得 1 mL 上述溶液有 75 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 cm,试求: (1)油酸膜的面积是多少 cm ? (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膜分子的直径. 技法讲解 (1)选用的浅水盘各处的高度应均匀, 而且水盘应水平放置(可从盘的边缘各处离水面高 度是否一样看出);水盘也不宜太高,略高于水面为宜,以使盘上的玻璃片尽可能地接近水 面又不接触水面,这样描绘出的油酸膜轮廓就比较准确.描画油酸膜轮廓时,眼睛视线应通 过所画之处而垂直于玻璃片. (2)油酸溶液配制时间不能过长,否则浓度改变,实验误差太大. (3)为了使滴到水面的油酸尽量少,除了把油酸稀释外,应尽量选用出口特别细的注射 器或滴管,最好使用滴下 100 滴以上溶液才有 1 mL 体积的滴管. (4)向水面滴下酒精油酸溶液时,注意使滴管垂直于水面,管口靠近水面,轻轻地滴下, 就能得到油层不再扩散,形成边缘圆滑的油膜. 典例剖析 例 3 下面是某同学在用油膜法测分子大小的实验过程中的一些操作其中正确的是() A.在水盘中洒上痱子粉后,用滴管把一滴油酸滴入水盘中 B.滴入油酸时注射针头离水面约 10cm 高 C.向水盘中加水时一直加到水平面接近水盘边缘 D.水盘中加入水后立即洒上痱子粉,并立即滴上油酸酒精溶液 随 堂 训 练 1.某油剂的密度为 8×10 kg/m ,取这种油剂 0.8g 滴在水面上,最后形成的油膜最大的 面积约为() A.10 m B.10 m
10 4 2 -10 2 2 3 2

C.10 cm D.10 cm
4 2

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2.在粗测油酸分子大小的实验中,具体操作如下: A.取油酸 1.00 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 的刻度线为止.摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解,形成油酸的酒精溶液.

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B.用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒中, 记录滴入溶液的滴数, 直到量筒达到 1.00 mL 为止,共滴了 100 滴. C.在水盘内注入蒸馏水, 静置后用滴管吸取油酸的酒精溶液, 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. D.测得油膜面积为 3.60×10 cm . 利用数据可求得油酸分子的直径约为_______m.(计算结果保留两位有效数字). 3.在用“油膜法”估测分子的大小的实验中,实验简要步骤如下: 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.将一滴酒精油酸溶液滴在水面上,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,然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上 D.用公式 d=V/s,求出薄膜厚度,即油酸分子的大小 E.根据酒精油酸溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积 V F.用注射器或滴管把事先配制好的酒精油酸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. 上述实验步骤的合理顺序是__________ 4.利用油膜法估测油酸分子的大小,实验器材有:浓度为 0.05%(体积分数)的油酸酒精 2 溶液\,最小刻度为 0.1ml 的量筒\,盛有适量清水的 45×50cm 浅盘\,痱子粉\,橡皮头滴管\, 玻璃板\,彩笔\,坐标纸. (1)下面是实验步骤,请填写所缺的步骤 C. A.用滴管将浓度为 0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下滴入 1 ml 油酸酒精溶液时的滴数 N B.将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上,用滴管吸取浓度为 0.05%的油酸酒精溶液,从低 处向水面中央一滴一滴地滴入,直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止 ,记下滴 入的滴数 n C.___________________________________________________ D.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,以坐标纸上边长为 1cm 的正方形为单位, 计算轮廓内正方形的个数,算出油酸薄膜的面积 S (2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的大小________(单位:cm) 5.某同学在用油膜法估测分子直径实验中,计算结果明显偏大,可能是由于() A.油酸未完全散开 B.油酸中含有大量酒精
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C.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格 D.求每滴体积时,1 mL 的溶液的滴数误多记了 10 滴 6.(1)用油膜法估测分子大小的实验,两个前提假设是 ①____________________________________________; ②____________________________________________. (2)实验中,若配制的油酸酒精溶液的浓度为 n,一滴溶液的体积为 V,实验中描绘出 的油酸薄膜的面积为 S,则估算出油酸分子的直径为______________. 7.利用单分子油膜法可以粗略测定分子的大小和阿伏加德罗常数.如果已知体积为 V 的 一滴油在水面上散开形成的面积为 S,求这种油分子的直径的表达式;如果这种油的摩尔质 量为 M,密度为ρ ,再写出阿伏加德罗常数的表达式

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