2019年度高考物理一輪復習 第十三章 熱學 實驗十三 用油膜法估測分子的大小學案.doc

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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12.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1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶內(nèi)注入酒精，直到液面達到500 mL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500 mL含1 mL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(nèi)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2 cm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1 cm的正方形為單位計算輪廓內(nèi)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(nèi)容.實驗次數(shù)量筒內(nèi)增加1 mL溶液時的滴數(shù)輪廓內(nèi)的小格子數(shù)輪廓面積S1234實驗次數(shù)一滴純油酸的體積V分子的大小(m)平均值12342.注意事項(1)注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1 cm之內(nèi)，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：水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復；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(cè)邊緣倒出，在這側(cè)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(jié)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(shè)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0.22 m2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1010 m，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，其中酒精溶液的作用是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V0dS1010 m0.22 m22.21011 m3，一滴油酸酒精溶液的體積V cm32108 m3，則此油酸酒精溶液的濃度為1.1 .例2在“用單分子油膜估測分子大小”的實驗中，(1)(多選)某同學計算出的結(jié)果明顯偏大，可能是由于()A.油酸未完全散開B.油酸中含有大量酒精C.計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格D.求每滴溶液中純油酸的體積時，1 mL溶液的滴數(shù)多記了10滴(2)在做實驗時，油酸酒精溶液的濃度為每1 000 mL溶液中有純油酸1 mL，用注射器測得1 mL上述溶液有200滴，把一滴該溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，測得油膜的近似輪廓如圖2所示.圖中正方形小方格的邊長為1 cm，根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑是_ nm.圖2答案(1)AC(2)0.4解析(1)分子直徑d，計算出的結(jié)果明顯偏大，若油酸未完全散開，面積偏小，直徑偏大，A正確；若油酸中含有大量酒精，會使油膜面積偏大，直徑偏小，B錯誤；若計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格，會使油膜面積偏小，直徑偏大，C正確；求每滴溶液中純油酸的體積時，1 mL溶液的滴數(shù)多記了10滴，會使液滴體積變小，直徑偏小，D錯誤.(2)油酸酒精溶液的濃度為，一滴溶液中含有純油酸的體積為 mL，形成油膜約占125個小格，即S125104 m2，則油酸分子的直徑d41010 m0.4 nm.變式1在“用單分子油膜估測分子大小”實驗中，(1)取一定量的無水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液；在量筒中滴入一滴該溶液，測出它的體積；在蒸發(fā)皿內(nèi)盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散開穩(wěn)定；在蒸發(fā)皿上覆蓋透明玻璃，描出油膜形狀，用透明方格紙測量油膜的面積.改正其中的錯誤：_.(2)若油酸酒精溶液體積濃度為0.10%，一滴溶液的體積為4.8103 mL，其形成的油膜面積為80 cm2，則估測出油酸分子的直徑為_ m.答案(1)見解析(2)6.01010解析(1)由于一滴溶液的體積太小，直接測量時相對誤差太大，應(yīng)用微小量累積法減小測量誤差，故可在量筒內(nèi)滴入N滴該溶液，測出它的體積.液面上不撒痱子粉或細石膏粉時，滴入的油酸酒精溶液在酒精揮發(fā)后剩余的油膜不能形成一塊完整的油膜，故應(yīng)先在液面上撒痱子粉或細石膏粉.(2)由油膜的體積等于一滴油酸酒精溶液內(nèi)純油酸的體積可得d m6.01010 m.變式2在做“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，將油酸溶于酒精，其濃度為每104 mL溶液中有6 mL油酸.用注射器測得1 mL上述溶液有75滴，把1滴該溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆在玻璃板上描出油酸膜的輪廓，再把玻璃板放在坐標紙上，其形狀和大小如圖3所示，坐標中正方形方格的邊長為1 cm，試求：圖3(1)油酸膜的面積是_；(2)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是_；(3)按以上實驗數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑是_(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).答案(1)131 cm2(2)8106 mL(3)6.11010 m解析(1)根據(jù)題圖，數(shù)得格子數(shù)(多于半個的算一個，不足半個的舍去)為131個，那么油膜面積是S1311 cm2131 cm2.(2)根據(jù)已知條件可知，1 mL溶液中有75滴，1滴溶液的體積是 mL.又已知每104 mL溶液中有純油酸6 mL，一滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積是V mL8106 mL.(3)油酸分子的直徑為d cm6.11010 m.命題點二實驗拓展創(chuàng)新例3測量分子大小的方法有很多，如油膜法、顯微法.(1)在“用油膜法估測分子大小”的實驗中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入標注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4甲所示.坐標格中每個小正方形方格的大小為2 cm2 cm.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(保留一位有效數(shù)字).圖4(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1.43108 m的圓周而組成的.由此可以估算出鐵原子的直徑約為_ m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).答案(1)25681010(2)9.41010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S642 cm2 cm256 cm2.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V2105 cm3.油膜厚度即油酸分子的直徑是d81010 m.(2)直徑為1.43108 m的圓周周長為Dd4.49108 m，可以估算出鐵原子的直徑約為d m9.41010 m.