2018年高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)十二 用油膜法估測(cè)分子的大小教學(xué)案

實(shí)驗(yàn)十二 用油膜法估測(cè)分子的大小1.學(xué)會(huì)用油膜法估測(cè)油酸分子的大小.2.理解間接測(cè)量微觀量的原理和方法 一、基本實(shí)驗(yàn)要求1實(shí)驗(yàn)器材盛水淺盤、注射器(或滴管)、容量瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉(或細(xì)石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩筆2實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)帶來誤差(2)配制油酸酒精溶液，取油酸1mL，注入500mL的容量瓶中，然后向容量瓶?jī)?nèi)注入酒精，直到液面達(dá)到500mL刻度線為止，搖動(dòng)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(nèi)增加一定體積Vn時(shí)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(xì)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(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S(求面積時(shí)以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1cm的正方形為單位計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)，不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè))(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(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，多測(cè)幾次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即為油酸分子的大小二、規(guī)律方法總結(jié)1實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)采用使油酸在水面上形成一層單分子油膜的方法估測(cè)分子的大小當(dāng)把一滴用酒精稀釋過的油酸滴在水面上時(shí)，油酸就在水面上散開，其中的酒精溶于水，并很快揮發(fā)，在水面上形成如實(shí)驗(yàn)原理圖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，如實(shí)驗(yàn)原理圖乙所示，則d.2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(shí)驗(yàn)次數(shù)量筒內(nèi)增加1mL溶液時(shí)的滴數(shù)輪廓內(nèi)的小格子數(shù)輪廓面積S12實(shí)驗(yàn)次數(shù)一滴純油酸的體積V分子的大小(m)平均值123.注意事項(xiàng)(1)注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1cm之內(nèi)，當(dāng)針頭靠水面很近(油酸未滴下之前)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開，這是由于針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實(shí)驗(yàn)效果(2)待測(cè)油酸薄膜擴(kuò)散后又會(huì)收縮，要在油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后再畫輪廓擴(kuò)散后又收縮有兩個(gè)原因：水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復(fù)；酒精揮發(fā)后液面收縮(3)當(dāng)重做實(shí)驗(yàn)時(shí)，將水從淺盤的一側(cè)邊緣倒出，在這側(cè)邊緣會(huì)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(shí)驗(yàn)只要求估測(cè)分子的大小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)量級(jí)符合要求即可.高頻考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作例1在“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，(1)該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(duì)油酸溶液起到稀釋作用C有助于測(cè)量一滴油酸的體積D有助于油酸的顏色更透明便于識(shí)別(3)某老師為本實(shí)驗(yàn)配制油酸酒精溶液，實(shí)驗(yàn)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(jí)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【變式探究】在“油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，有下列實(shí)驗(yàn)步驟：往邊長(zhǎng)約為40 cm的淺盤里倒入約2 cm深的水。待水面穩(wěn)定后將適量的痱子粉均勻地撒在水面上。用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定。將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標(biāo)紙上，計(jì)算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和面積計(jì)算出油酸分子直徑的大小。用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)每增加一定體積時(shí)的滴數(shù)，由此計(jì)算出一滴油酸酒精溶液的體積。將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上。完成下列填空：(1)上述步驟中，正確的順序是_。(填寫步驟前面的數(shù)字)(2)將1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；測(cè)得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴?，F(xiàn)取一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測(cè)得所形成的油膜的面積是0.13 m2。由此估算出油酸分子的直徑為_m。(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)解析：(1)依據(jù)實(shí)驗(yàn)順序，先配制混合溶液()，然后在淺盤中放水和痱子粉()，將一滴溶液滴入淺盤中()，將玻璃板放在淺盤上獲取油膜形狀()，最后用已知邊長(zhǎng)的坐標(biāo)紙上的油膜形狀來計(jì)算油膜的總面積()。故正確的操作順序?yàn)椤?2)一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積為V×6.7×105 cm3，故油酸分子直徑d5×1010 m。答案：(1)(2)5×1010高頻考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理例2油酸酒精溶液的濃度為每10 000 mL油酸酒精溶液中有油酸6 mL，用滴管向量筒內(nèi)滴75滴上述溶液，量筒中的溶液體積增加1 mL.若把一滴這樣的溶液滴入盛水的淺盤中，由于酒精溶于水，油酸在水面展開，穩(wěn)定后形成的單分子油膜的形狀如圖1所示(1)若每一小方格的邊長(zhǎng)為10 mm，則油酸薄膜的面積為_m2；圖1(2)每一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為_m3；(3)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估算出油酸分子的直徑為_m(保留一位有效數(shù)字)答案(1)1.15×102(2)8×1012(3)7×1010【變式探究】在“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，具體操作如下：取油酸0.1 mL注入250 mL的容量瓶?jī)?nèi)，然后向瓶中加入酒精，直到液面達(dá)到250 mL的刻度為止，搖動(dòng)瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液；用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，記錄滴入的滴數(shù)直到量筒達(dá)到1.0 mL為止，恰好共滴了100滴；在邊長(zhǎng)約40 cm的淺盤內(nèi)注入約2 cm深的水，將細(xì)石膏粉均勻地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，輕輕地向水面滴一滴溶液，酒精揮發(fā)后，油酸在水面上盡可能地散開，形成一層油膜，膜上沒有石膏粉，可以清楚地看出油膜輪廓；待油膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上繪出油膜的形狀；將畫有油膜形狀的玻璃板放在邊長(zhǎng)為1.0 cm的方格紙上，算出完整的方格有67個(gè)，大于半格的有14個(gè)，小于半格的有19個(gè)(1)這層油膜的厚度可視為油酸分子的_(2)利用上述具體操作中的有關(guān)數(shù)據(jù)可知一滴油酸酒精溶液含純油酸為_m3，求得的油膜分子直徑為_m(結(jié)果全部保留2位有效數(shù)字)答案(1)直徑(2)4.0×10124.9×1010解析(1)油膜的厚度可視為油酸分子的直徑(2)一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積為V× mL4.0×106 mL4.0×1012 m3形成油膜的面積S1.0×(6714) cm28.1×103 m2油酸分子的直徑d4.9×1010 m.【舉一反三】在“用單分子油膜估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，(1)(多選)某同學(xué)計(jì)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(jì)算油膜面積時(shí)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(shí)，1 mL溶液的滴數(shù)多記了10滴(2)在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(cè)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(cè)得油膜的近似輪廓如圖2所示圖中正方形小方格的邊長(zhǎng)為1 cm，根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測(cè)出油酸分子的直徑是_nm.圖2答案(1)AC(2)0.4(2)一滴該溶液含純油酸的體積為：V mL5×106 mL5×1012 m3；可計(jì)算出油膜的面積約為：125×1 cm21.25×102 m2，故油酸分子的直徑為：d m4×1010 m0.4 nm.1(多選)“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)的科學(xué)依據(jù)是()A將油酸形成的膜看成單分子油膜B不考慮各油酸分子間的間隙C考慮了各油酸分子間的間隙D將油酸分子看成球形2在“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，已知實(shí)驗(yàn)室中使用的油酸酒精溶液的濃度為A，N滴溶液的總體積為V。在淺盤中的水面上均勻撒上痱子粉，將一滴溶液滴在水面上，待油膜穩(wěn)定后，在帶有邊長(zhǎng)為a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的輪廓，如圖實(shí)­12­1所示，測(cè)得油膜占有的正方形小格數(shù)為X。圖實(shí)­12­1(1)用以上字母表示一滴油酸酒精溶液中的純油酸的體積為_。(2)油酸分子直徑約為_。解析：(1)由題意可知，一滴油酸酒精溶液中的純油酸的體積為V0。(2)一滴所形成的油膜的面積為SXa2，所以油膜的厚度，即為油酸分子的直徑為d。答案：(1)(2)3(多選)某學(xué)生在“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，計(jì)算結(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(jì)算油膜面積時(shí)，舍去了所有不足一格的方格D求每滴溶液體積時(shí)，1 mL的溶液的滴數(shù)誤多計(jì)了10滴解析：選AC用油膜法估測(cè)分子直徑，是利用油酸的體積與形成的單分子油膜面積的比值來估算分子直徑的，分子直徑值明顯偏大可能的原因有：一是油酸體積測(cè)量值偏大；二是油膜面積測(cè)量值偏小，油酸未完全散開和舍去不足一格的方格均會(huì)造成油膜面積測(cè)量值偏小的結(jié)果，故A、C正確；油酸中酒精更易溶于水，故不會(huì)產(chǎn)生影響，B錯(cuò)誤；而D項(xiàng)計(jì)算每滴溶液中所含油酸的體積偏小，會(huì)使分子直徑估算值偏小，D錯(cuò)誤。4在用油膜法測(cè)量分子直徑的實(shí)驗(yàn)中(1)體積為10 cm3的油滴，滴在水面上展開形成單分子油膜，則油膜面積的數(shù)量級(jí)為_。A109 cm2B106 cm2C104 cm2 D102 cm2(2)將酒精加入1 cm3的油酸中制成200 cm3的油酸酒精溶液。已知1 cm3溶液有50滴，現(xiàn)取1滴油酸酒精溶液滴在水面上，隨著酒精蒸發(fā)，油酸在水面上形成單分子油膜，已測(cè)得油膜層的面積為0.2 m2，由此可以估測(cè)油酸分子的直徑為_cm。答案：(1)A(2)5×1085測(cè)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(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入標(biāo)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100滴溶液，溶液的液面達(dá)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2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(biāo)格的玻璃板下觀察油膜，如圖實(shí)­12­3(甲)所示。坐標(biāo)格的正方形大小為2 cm×2 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)。圖實(shí)­12­3(2)如圖(乙)是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個(gè)“量子圍欄”的照片。這個(gè)量子圍欄是由48個(gè)鐵原子在銅的表面排列成直徑為1.43×108 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)2568×1010(2)9.4×10106在“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中：(1)某同學(xué)操作步驟如下：取一定量的無水酒精和油酸，配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(cè)出它的體積；在蒸發(fā)皿內(nèi)盛一定量的水，再滴入一滴溶液，待散開穩(wěn)定；在蒸發(fā)皿上覆蓋玻璃板，描出油酸薄膜形狀，用透明方格紙測(cè)量油酸薄膜的面積。請(qǐng)指出錯(cuò)誤或有遺漏的步驟，并改正其錯(cuò)誤：錯(cuò)誤的步驟：_；有遺漏的步驟：_。(2)用油膜法測(cè)出油酸分子直徑后，要測(cè)定阿伏加德羅常數(shù)，還需知道油滴的()A摩爾質(zhì)量B摩爾體積C質(zhì)量 D體積解析：(1)由于一滴溶液的體積太小，直接測(cè)量時(shí)，相對(duì)誤差太大，應(yīng)用微小量累積法減小測(cè)量誤差；液面上不撒痱子粉時(shí)，滴入的油酸酒精溶液揮發(fā)后剩余的油膜不能形成一塊完整的油膜，油膜間的縫隙會(huì)造成測(cè)量誤差增大甚至實(shí)驗(yàn)失敗。(2)由油酸分子的直徑易得油酸分子的體積為3d3。欲求阿伏加德羅常數(shù)，由題中選項(xiàng)知，B正確。 答案：(1)見解析(2)B7.在“油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，有下列實(shí)驗(yàn)步驟：往邊長(zhǎng)約為40 cm的淺盤里倒入約2 cm深的水，待水面穩(wěn)定后將適量的痱子粉均勻地撒在水面上。用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定。將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標(biāo)紙上，計(jì)算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和面積計(jì)算出油酸分子直徑的大小。用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)每增加一定體積時(shí)的滴數(shù)，由此計(jì)算出一滴油酸酒精溶液的體積。將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上。完成下列填空：(1)上述步驟中，正確的順序是_。(填寫步驟前面的數(shù)字)(2)將1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；測(cè)得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴?，F(xiàn)取一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測(cè)得所形成的油膜的面積是0.13 m2。由此估算出油酸分子的直徑為_m。(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)答案：(1)(2)5×10108.油酸酒精溶液的濃度為每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL，現(xiàn)用滴管向量筒內(nèi)滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液體積增加了1 mL，若把一滴這樣的油酸酒精溶液滴入足夠大盛水的淺盤中，由于酒精溶于水，油酸在水面展開，穩(wěn)定后形成的油膜的形狀如圖實(shí)­12­2所示。若每一小方格的邊長(zhǎng)為25 mm，試問：圖實(shí)­12­2(1)這種估測(cè)方法是將每個(gè)油酸分子視為_模型，讓油酸盡可能地在水面上散開，則形成的油膜可視為_油膜，這層油膜的厚度可視為油酸分子的_。圖中油酸膜的面積為_m2；每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸體積是_m3；根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測(cè)出油酸分子的直徑是_m。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中，在距水面約2 cm的位置將一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到，油膜的面積會(huì)先擴(kuò)張后又收縮了一些，這是為什么呢？請(qǐng)寫出你分析的原因：_。解析：(1)油膜面積約占70小格，面積約為S70×25×25×106 m24.4×102 m2，一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為V××106 m31.2×1011 m3，油酸分子的直徑約等于油膜的厚度d m2.7×1010 m。(2)實(shí)驗(yàn)過程中除了按步驟進(jìn)行操作，還要仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并學(xué)會(huì)分析所觀察到的現(xiàn)象。答案：(1)球體單分子直徑4.4×1021.2×10112.7×1010(2)主要有兩個(gè)原因：水面受到落下油滴的沖擊，先陷下后又恢復(fù)水平，因此油膜的面積擴(kuò)張；油酸酒精溶液中的酒精揮發(fā)，使液面收縮- 11 -