2020版高考物理大一輪復習 第十三章 實驗十三 用油膜法估測分子的大小講義（含解析）教科版.docx

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實驗十三　用油膜法估測分子的大小 1.實驗原理 實驗采用使油酸在水面上形成一層單分子油膜的方法估測分子的大小.當把一滴用酒精稀釋過的油酸滴在水面上時，油酸就在水面上散開，其中的酒精溶于水，并很快揮發(fā)，在水面上形成如圖1甲所示形狀的一層純油酸薄膜.如果算出一定體積的油酸在水面上形成的單分子油膜的面積，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純油酸的體積，用S表示單分子油膜的面積，用d表示分子的直徑，如圖乙所示，則d＝. 圖1 2.實驗器材 盛水淺盤、注射器(或滴管)、容量瓶、坐標紙、玻璃板、痱子粉(或細石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩筆. 3.實驗步驟 (1)用稀酒精溶液及清水清洗淺盤，充分洗去油污、粉塵，以免給實驗帶來誤差. (2)配制油酸酒精溶液，取純油酸1mL，注入500mL的容量瓶中，然后向容量瓶內注入酒精，直到液面達到500mL刻度線為止，搖動容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中，這樣就得到了500mL含1mL純油酸的油酸酒精溶液. (3)用注射器(或滴管)將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并記下量筒內增加一定體積Vn時的滴數(shù)n. (4)根據(jù)V0＝算出每滴油酸酒精溶液的體積V0. (5)向淺盤里倒入約2cm深的水，并將痱子粉或細石膏粉均勻地撒在水面上. (6)用注射器(或滴管)將一滴油酸酒精溶液滴在水面上. (7)待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，并將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上. (8)將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，算出油酸薄膜的面積S(求面積時以坐標紙上邊長為1cm的正方形為單位計算輪廓內正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個). (9)根據(jù)油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V，并代入公式d＝算出油酸薄膜的厚度d. (10)重復以上實驗步驟，多測幾次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即為油酸分子直徑的大小. 1.數(shù)據(jù)處理 根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)，完成以下表格內容. 實驗次數(shù) 量筒內增加1mL 溶液時的滴數(shù) 輪廓內的 小格子數(shù) 輪廓面積S 1 2 3 4 實驗次數(shù) 一滴純油酸 的體積V 分子的 大小(m) 平均值 1 2 3 4 2.注意事項 (1)注射器針頭高出水面的高度應在1cm之內，當針頭靠水面很近(油酸未滴下之前)時，會發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開，這是針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果. (2)待測油酸薄膜擴散后又會收縮，要在油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后再畫輪廓.擴散后又收縮有兩個原因：①水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復；②酒精揮發(fā)后液面收縮. (3)當重做實驗時，將水從淺盤的一側邊緣倒出，在這側邊緣會殘留油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去再用清水沖洗，這樣做可保持淺盤的清潔. (4)本實驗只要求估測分子的大小，實驗結果的數(shù)量級符合要求即可. 命題點一　教材原型實驗 例1　在“用油膜法估測分子的大小”實驗中， (1)(多選)該實驗中的理想化假設是(　　) A.將油膜看成單分子層油膜 B.不考慮各油酸分子間的間隙 C.不考慮各油酸分子間的相互作用力 D.將油酸分子看成球形 (2)實驗中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是(　　) A.可使油酸和痱子粉之間形成清晰的邊界輪廓 B.對油酸溶液起到稀釋作用 C.有助于測量一滴油酸的體積 D.有助于油酸的顏色更透明便于識別 (3)某老師為本實驗配制油酸酒精溶液，實驗室配備的器材有：面積為0.22m2的蒸發(fā)皿、滴管、量筒(50滴溶液滴入量筒體積約為1毫升)、純油酸和無水酒精若干.已知分子直徑數(shù)量級為10－10m，則該老師配制的油酸酒精溶液濃度(油酸與油酸酒精溶液的體積比)至多為________‰(保留兩位有效數(shù)字). 答案　(1)ABD　(2)B　(3)1.1 解析　(1)計算分子直徑是根據(jù)體積與面積之比，所以需將油膜看成單分子層油膜，不考慮各油酸分子間的間隙，將油酸分子看成球形，故選A、B、D. (2)實驗中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液對油酸起到稀釋作用，酒精稀釋油酸是為了進一步減小油酸的面密度，使油酸分子盡可能少的在豎直方向上重疊，更能保證其形成單層分子油膜，也就是為了減小系統(tǒng)誤差. (3)根據(jù)題意可知，形成的油膜的面積不能超過蒸發(fā)皿的面積，當油膜面積等于蒸發(fā)皿的面積時，油酸酒精溶液濃度最大.一滴油酸的體積V0＝dS＝10－10m0.22m2＝2.210－11m3，一滴油酸酒精溶液的體積V＝cm3＝210－8m3，則此油酸酒精溶液的濃度為＝1.1‰. 變式1　(多選)(2018湖北省武漢市調研)在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，下列做法正確的是(　　) A.用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，若100滴溶液的體積是1mL，則1滴溶液中含有油酸10－2mL B.往淺盤里倒入適量的水，再將痱子粉或細石膏粉均勻地撒在水面上 C.用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，同時將玻璃板放在淺盤上，并立即在玻璃板上描下油酸膜的形狀 D.將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，計算輪廓范圍內正方形的個數(shù)，并求得油膜的面積 E.根據(jù)1滴油酸酒精溶液中油酸的體積V和油膜面積S就可以算出油膜厚度d＝，即油酸分子的大小 答案　BDE 解析　用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，若100滴溶液的體積是1mL，則1滴油酸酒精溶液的體積是10－2mL，含有油酸的體積小于10－2mL，選項A錯誤；往淺盤里倒入適量的水，再將痱子粉或細石膏粉均勻地撒在水面上，選項B正確；用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，同時將玻璃板放在淺盤上，待油酸在液面上分布均勻并穩(wěn)定后，在玻璃板上描下油酸膜的形狀，選項C錯誤；將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，計算輪廓范圍內正方形的個數(shù)，并求得油膜的面積，選項D正確；根據(jù)1滴油酸酒精溶液中油酸的體積V和油膜面積S就可以算出油膜厚度d＝，即油酸分子的大小，選項E正確. 變式2　(2018河南省鄭州市第三次質量預測)在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，將一滴油酸酒精溶液滴入事先灑有均勻痱子粉的水槽中，待油膜充分散開后，在玻璃板上描出油膜的輪廓，隨后把玻璃板放在坐標紙上，其形狀如圖2所示.坐標紙上正方形小方格的邊長為10mm，該油膜的面積是________m2；已知油酸酒精溶液中油酸濃度為0.2%,400滴油酸酒精溶液滴入量筒后的體積是1.2mL，則油酸分子的直徑為________m.(結果均保留兩位有效數(shù)字) 圖2 答案　8.010－3　7.510－10 解析　在圍成的方格中，不足半格舍去，多于半個的算一個，共有80個方格，故油酸膜的面積為S＝801cm1cm＝80cm2＝8.010－3m2 每滴油酸酒精溶液中含有油酸的體積 V＝0.2%mL＝610－12m3 根據(jù)d＝＝7.510－10m. 命題點二　實驗拓展創(chuàng)新 例2　測量分子大小的方法有很多，如油膜法、顯微法. (1)在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入標注250mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250mL的溶液.然后用滴管吸取這種溶液，向小量筒中滴入50滴溶液，溶液的液面達到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸酒精溶液，向撒有痱子粉的盛水淺盤中滴下1滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜穩(wěn)定后，放在帶有正方形坐標格的玻璃板下觀察油膜，如圖3甲所示.坐標格中每個小正方形方格的大小為2cm2cm.由圖可以估算出油膜的面積是______cm2，由此估算出油酸分子的直徑是______m(結果保留一位有效數(shù)字). 圖3 (2)如圖乙是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個“量子圍欄”的照片.這個量子圍欄是由48個鐵原子在銅的表面排列成直徑為1.4310－8m的圓周而組成的.由此可以估算出鐵原子的直徑約為________m(結果保留兩位有效數(shù)字). 答案　(1)256　810－10　(2)9.410－10 解析　(1)數(shù)油膜的正方形格數(shù)，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面積S＝642cm2cm＝256cm2.溶液濃度為，每滴溶液體積為mL,1滴溶液中所含油酸體積為V＝210－5cm3.油膜厚度即油酸分子的直徑是d＝≈810－10m. (2)直徑為1.4310－8m的圓周周長為D＝πd≈4.4910－8m，可以估算出鐵原子的直徑約為 d′＝m≈9.410－10m.