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用油膜法估测分子的大小(含答案)


实验十二 用油膜法估测分子的大小

一、实验目的 1.估测油酸分子的大小. 2.学习间接测量微观量的原理和方法. 二、实验原理 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的大小.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,并很快挥发,在水 面上形成如图 1 所示形状的一层纯油酸薄膜. 如果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.用 V 表示一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体积, V 用 S 表示单分子油膜的面积,用 d 表示分子的直径,如图 2 所示,则:d= . S

图1 三、实验器材

图2

盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、 彩笔. 四、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,以免给实验带来误差. 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,使油酸充分在酒精中溶解,这样就得到 了 500 mL 含 1 mL 纯油酸的油酸酒精溶液. 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 Vn 时的滴数 n. Vn 4.根据 V0= 算出每滴油酸酒精溶液的体积 V0. n 5.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. 6.用注射器或滴管将一滴油酸酒精溶液滴在水面上. 7.待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板(或有机玻璃板)放在浅盘上,并将油酸膜的形状用 彩笔画在玻璃板上. 8.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 S(求面积时以坐标纸 上边长为 1 cm 的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的

算一个). 9.根据油酸酒精溶液的配制比例,算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 V,并代入公式 V d= 算出油酸薄膜的厚度 d. S 10.重复以上实验步骤多测几次油酸薄膜厚度,并求平均值,即为油酸分子的大小. 五、数据处理 根据上面记录的数据,完成以下表格内容. 实验次数 1 2 量筒内增加 1 mL 溶液时的滴数 轮廓内的 小格子数 轮廓面积 S

实验次数

一滴纯油酸 的体积 V

分子的大小(m)

平均值

1 2 六、注意事项 1.注射器针头高出水面的高度应在 1 cm 之内,当针头靠水面很近(油酸未滴下之前)时,会 发现针头下方的粉层已被排开,这是由于针头中酒精挥发所致,不影响实验效果. 2.待测油膜面扩散后又收缩,要在油膜面稳定后再画轮廓.扩散后又收缩有两个原因:第 一,水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复;第二,酒精挥发后液面收缩. 3.当重做实验时,将水从盘的一侧边缘倒出,在这侧边缘会残留油酸,可用少量酒精清洗, 并用脱脂棉擦去再用清水冲洗,这样做可保持盘的清洁. 4.从盘的中央加痱子粉,使粉自动扩散至均匀,这样做,比将粉撒在水面上的效果好.因 为:一,加粉后水的表面张力系数变小,水将粉粒拉开;二,粉粒之间相互排斥. 记忆口诀 酒精油酸配溶液,五六十滴体积测. 静水盆中撒痱粉,一滴溶液水面淋. 玻璃板上画边缘,数出格子面积算. 多半算一少半舍,相除直径容易得.

例 1 某学生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 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 的溶液的滴数误多记了 10 滴 例 2

)

油酸的分子式为 C17H33COOH ,它的一个分子可以看成由两部分组成:一部分是

C17H33—,另一部分是—COOH,—COOH 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,油酸就在水面上散开,其中的酒精溶于水中,并很快挥发.油 酸中 C17H33—部分冒出水面,而—COOH 部分留在水中,油酸分子就直立在水面上,形 成一个单分子层油膜. 现有按体积比为 m∶n(m>n)配制好的油酸酒精溶液置于容器中, 还有一个充入约 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).

图3 (2)用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘,待油酸薄膜稳定后,将薄膜轮廓描绘在坐标纸 上,如图 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,不足半个舍去)则油膜面积为________. (3)估算油酸分子直径的表达式为 d=____________.

1. 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)的油酸酒精溶液、 最小刻度为 0.1 mL 的量筒、盛有适量清水的 45×50 cm2 的浅盘、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 1 cm 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)用已知的和测得的物理量表示单个油酸分子的大小__________(单位:cm). 2.在做“用油膜法估测分子大小”的实验中,油酸酒精溶液的浓度为每 104 mL 溶液中有纯 油酸 6 mL.用注射器测得 1 mL 上述溶液中有液滴 50 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,在玻璃板上描出油膜的轮廓,随后把玻璃板 放在坐标纸上,其形状如图 4 所示.坐标纸中正方形方格的边长为 20 mm.求:

图4 (1)油酸膜的面积; (2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积; (3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径. 3.用油膜法测定分子大小的实验中,体积为 V 的油滴,在水面上形成了近似圆形的单分子 油膜,油膜直径为 d,则单个油膜分子的直径约为 4V A. 2 πd πd B. 4V
2

( πd D. 2V
2

)

2V C. 2 πd

4. “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绘在玻璃板上; 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. 上述步骤中有遗漏或不完全的,请指出: (1)____________________________________________________________________. (2)____________________________________________________________________. 5.在用油膜法估测分子大小的实验中,已知配制的油酸溶液中,纯油酸与溶液体积之比为 1∶500,1 mL 该溶液能滴 250 滴,那么一滴该溶液的体积是______ mL,所以一滴溶液 中所含的油酸体积为____ cm3.若实验中测得结果如下表所示,请根据所给数据填写出空

白处的数值,并与公认的油酸分子长度值 L0=1.12×10 符合数量级的要求. 次数 1 2 3 S/cm2 533 493 563 V L= /cm S ① ② ③

-10

m 做比较,并判断此实验是否

L 的平均值



答案
课堂探究 例 1 AC V [由 d= 得,A 选项中 S 偏小,导致 d 结果偏大.B 选项中含有大量酒精,是为 S

了稀释油酸,不影响结果.C 选项中,S 偏小,导致结果偏大.D 选项中,使 1 滴溶液 中纯油酸的体积偏小,导致结果偏小.] 例2 (1)见解析 (2)8S (3)nV/[8NS(m+n)] 解析 随堂训练 0.05%n 1.(1)见解析 (2) NS 解析 (1)待油酸薄膜形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将油酸薄膜的形状画在
-2

(1)用滴管向量筒内加注 N 滴酒精油酸溶液,读出其体积 V.

玻璃板上. 2.(1)2.2×10 3.A 4.(1)在步骤 C 中,要在水面上洒上痱子粉或石膏粉. (2)实验时,还需要 F:用注射器或滴管将溶液一滴一滴地滴入量筒,记下滴入 1 mL 溶 液时的滴数. 5.4×10
-3

m2

(2)1.2×10

-11

m3

(3)5.5×10

-10

m

8×10
-8

-6

①1.50×10
-8

-8

cm
-10

②1.62×10 1.50×10
-8

cm ③1.42×10

-8

cm ④1.51×10
-8

m 符合数量级要求

cm、1.62×10 cm、1.42×10 cm, L1+L2+L3 - - 其平均值 L = =1.51×10 8 cm=1.51×10 10 m, 这与公认值的数量级相吻合, 3 故此实验符合数量级的要求.


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