2019年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 熱學(xué) 實(shí)驗(yàn)十三 用油膜法估測(cè)分子的大小學(xué)案.doc

實(shí)驗(yàn)十三用油膜法估測(cè)分子的大小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(guò)的油酸滴在水面上時(shí)，油酸就在水面上散開(kāi)，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(shí)驗(yàn)器材盛水淺盤(pán)、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.3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)用稀酒精溶液及清水清洗淺盤(pán)，充分洗去油污、粉塵，以免給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)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?jī)?nèi)注入酒精，直到液面達(dá)到500 mL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(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(pán)里倒入約2 cm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(pán)上，并將油酸膜的形狀用彩筆畫(huà)在玻璃板上.(8)將畫(huà)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1 cm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(shí)驗(yàn)次數(shù)量筒內(nèi)增加1 mL溶液時(shí)的滴數(shù)輪廓內(nèi)的小格子數(shù)輪廓面積S1234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12342.注意事項(xiàng)(1)注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1 cm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(kāi)，這是針頭中酒精揮發(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(huà)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(pán)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(pán)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.命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1在“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，(1)(多選)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(wú)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_(kāi)(保留兩位有效數(shù)字).答案(1)ABD(2)B(3)1.1解析(1)計(jì)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(shí)驗(yàn)中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是對(duì)油酸起到稀釋作用，酒精稀釋油酸是為了進(jìn)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(guò)蒸發(fā)皿的面積，當(dāng)油膜面積等于蒸發(fā)皿的面積時(shí)，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(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(kāi)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(pán)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解析(1)分子直徑d，計(jì)算出的結(jié)果明顯偏大，若油酸未完全散開(kāi)，面積偏小，直徑偏大，A正確；若油酸中含有大量酒精，會(huì)使油膜面積偏大，直徑偏小，B錯(cuò)誤；若計(jì)算油膜面積時(shí)舍去了所有不足一格的方格，會(huì)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(shí)，1 mL溶液的滴數(shù)多記了10滴，會(huì)使液滴體積變小，直徑偏小，D錯(cuò)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(gè)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(cè)分子大小”實(shí)驗(yàn)中，(1)取一定量的無(wú)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(cè)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(kāi)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(cè)量油膜的面積.改正其中的錯(cuò)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(cè)出油酸分子的直徑為_(kāi) m.答案(1)見(jiàn)解析(2)6.01010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，故可在量筒內(nèi)滴入N滴該溶液，測(cè)出它的體積.液面上不撒痱子粉或細(xì)石膏粉時(shí)，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(xì)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(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)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(cè)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(pán)里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤(pán)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(biāo)紙上，其形狀和大小如圖3所示，坐標(biāo)中正方形方格的邊長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估測(cè)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(gè)的算一個(gè)，不足半個(gè)的舍去)為131個(gè)，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(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新例3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50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(pán)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(biāo)格的玻璃板下觀察油膜，如圖4甲所示.坐標(biāo)格中每個(gè)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(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1.43108 m的圓周而組成的.由此可以估算出鐵原子的直徑約為_(kāi) 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(zhǎng)為Dd4.49108 m，可以估算出鐵原子的直徑約為d m9.41010 m.