【步步高】2020年高考物理大一輪 實(shí)驗(yàn)十二 用油膜法估測分子的大小 新人教版選修3-3

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1、實(shí)驗(yàn)十二 用油膜法估測分子的大小 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1.估測油酸分子的大?。? 2.學(xué)習(xí)間接測量微觀量的原理和方法. 二、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分子的大?。?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),在水面上形成如圖1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?。肰表示一滴油酸酒精溶液中所含油酸的體積,用S表示單分子油膜的面積,用d表示分子的直徑,如圖2所示,則:d=.       圖1         圖2 三、實(shí)驗(yàn)器材 盛水淺盤

2、、滴管(或注射器)、試劑瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、彩筆. 四、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(dá)到500 mL刻度線為止,搖動(dòng)容量瓶,使油酸充分在酒精中溶解,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.向淺盤里倒入約2 cm深的水,并將痱子粉或石膏粉均勻

3、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(或有機(jī)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)步驟多測幾次油酸薄膜厚度,并求平均值,即為油酸分子的大?。? 五、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)

4、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S 1 2 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 1 2 六、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,這是由于針頭中酒精揮發(fā)所致,不影響實(shí)驗(yàn)效果. 2.待測油膜面擴(kuò)散后又收縮,要在油膜面穩(wěn)定后再畫輪廓.?dāng)U散后又收縮有兩個(gè)原因:第一,水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復(fù);第二,酒精揮發(fā)后液面收縮. 3.當(dāng)重做實(shí)驗(yàn)時(shí),將水從盤的一

5、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,這樣做可保持盤的清潔. 4.從盤的中央加痱子粉,使粉自動(dòng)擴(kuò)散至均勻,這樣做,比將粉撒在水面上的效果好.因?yàn)椋阂?,加粉后水的表面張力系?shù)變小,水將粉粒拉開;二,粉粒之間相互排斥. 記憶口訣 酒精油酸配溶液,五六十滴體積測. 靜水盆中撒痱粉,一滴溶液水面淋. 玻璃板上畫邊緣,數(shù)出格子面積算. 多半算一少半舍,相除直徑容易得. 例1 某學(xué)生在用油膜法估測分子直徑實(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

6、D.求每滴溶液中純油酸的體積時(shí),1 mL的溶液的滴數(shù)誤多記了10滴 例2 油酸的分子式為C17H33COOH,它的一個(gè)分子可以看成由兩部分組成:一部分是C17H33—,另一部分是—COOH,—COOH對(duì)水有很強(qiáng)的親和力.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,其中的酒精溶于水中,并很快揮發(fā).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,形成一個(gè)單分子層油膜. 現(xiàn)有按體積比為m∶n(m>n)配制好的油酸酒精溶液置于容器中,還有一個(gè)充入約2 cm深水的淺盤.一支滴管,一個(gè)量筒. 請(qǐng)補(bǔ)充下述估測分子大小的實(shí)驗(yàn)步驟: (1)______

7、__________________(需測量的物理量自己用字母表示). 圖3 (2)用滴管將一滴油酸酒精溶液滴入淺盤,待油酸薄膜穩(wěn)定后,將薄膜輪廓描繪在坐標(biāo)紙上,如圖3所示.(已知坐標(biāo)紙上每個(gè)小方格面積為S,求油膜面積時(shí),半個(gè)以上方格面積記為S,不足半個(gè)舍去)則油膜面積為________. (3)估算油酸分子直徑的表達(dá)式為d=____________. 1.利用油膜法估測油酸分子的大小,實(shí)驗(yàn)器材有:濃度為0.05%(體積分?jǐn)?shù))的油酸酒精溶液、最小刻度為0.1 mL的量筒、盛有適量清水的45×50 cm2的淺盤、痱子粉、橡皮頭滴管、玻璃板、彩筆、坐標(biāo)紙. (1)下面是實(shí)驗(yàn)步驟,

8、請(qǐng)?zhí)顚懰钡牟襟EC. A.用滴管將濃度為0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,記下滴入1 mL油酸酒精溶液時(shí)的滴數(shù)N B.將痱子粉均勻地撒在淺盤內(nèi)水面上,用滴管吸取濃度為0.05%的油酸酒精溶液,從低處向水面中央一滴一滴地滴入,直到油酸薄膜有足夠大的面積又不與器壁接觸為止,記下滴入的滴數(shù)n C. ________________________________________________________________________. D.將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,以坐標(biāo)紙上邊長為1 cm的正方形為單位,計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù),算出油酸薄膜的面積S. (2

9、)用已知的和測得的物理量表示單個(gè)油酸分子的大小__________(單位:cm). 2.在做“用油膜法估測分子大小”的實(shí)驗(yàn)中,油酸酒精溶液的濃度為每104 mL溶液中有純油酸6 mL.用注射器測得1 mL上述溶液中有液滴50滴,把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里,待水面穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,在玻璃板上描出油膜的輪廓,隨后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上,其形狀如圖4所示.坐標(biāo)紙中正方形方格的邊長為20 mm.求: 圖4 (1)油酸膜的面積; (2)每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積; (3)根據(jù)上述數(shù)據(jù),估測出油酸分子的直徑. 3.用油膜法測定分子大小的實(shí)驗(yàn)中,體積為V的油滴,在水面上形

10、成了近似圓形的單分子油膜,油膜直徑為d,則單個(gè)油膜分子的直徑約為 (  ) A. B. C. D. 4. “用油膜法估測分子的大小”實(shí)驗(yàn)的簡要步驟如下: A.將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,數(shù)出輪廓內(nèi)的方格數(shù)(不足半個(gè)的舍去,多于半個(gè)的算一個(gè)),再根據(jù)方格的邊長求出油膜的面積S; B.將一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,用彩筆將薄膜的形狀描繪在玻璃板上; C.用淺盤裝入約2 cm深的水; D.用公式d=

11、,求出薄膜厚度,即油酸分子的大??; E.根據(jù)油酸酒精溶液的濃度,算出一滴溶液中純油酸的體積V. 上述步驟中有遺漏或不完全的,請(qǐng)指出: (1)____________________________________________________________________. (2)____________________________________________________________________. 5.在用油膜法估測分子大小的實(shí)驗(yàn)中,已知配制的油酸溶液中,純油酸與溶液體積之比為1∶500,1 mL該溶液能滴250滴,那么一滴該溶液的體積是______ mL,所

12、以一滴溶液中所含的油酸體積為____ cm3.若實(shí)驗(yàn)中測得結(jié)果如下表所示,請(qǐng)根據(jù)所給數(shù)據(jù)填寫出空白處的數(shù)值,并與公認(rèn)的油酸分子長度值L0=1.12×10-10 m做比較,并判斷此實(shí)驗(yàn)是否符合數(shù)量級(jí)的要求. 次數(shù) S/cm2 L=/cm L的平均值 1 533 ① ④ 2 493 ② 3 563 ③ 答案 課堂探究 例1 AC [由d=得,A選項(xiàng)中S偏小,導(dǎo)致d結(jié)果偏大.B選項(xiàng)中含有大量酒精,是為了稀釋油酸,不影響結(jié)果.C選項(xiàng)中,S偏小,導(dǎo)致結(jié)果偏大.D選項(xiàng)中,使1滴溶液中純油酸的體積偏小,導(dǎo)致結(jié)果偏小.] 例2 (1)見解析 (2)8S (3)nV/[

13、8NS(m+n)] 解析 (1)用滴管向量筒內(nèi)加注N滴酒精油酸溶液,讀出其體積V. 隨堂訓(xùn)練 1.(1)見解析 (2) 解析 (1)待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,用彩筆將油酸薄膜的形狀畫在玻璃板上. 2.(1)2.2×10-2 m2 (2)1.2×10-11 m3 (3)5.5×10-10 m 3.A  4.(1)在步驟C中,要在水面上灑上痱子粉或石膏粉. (2)實(shí)驗(yàn)時(shí),還需要F:用注射器或滴管將溶液一滴一滴地滴入量筒,記下滴入1 mL溶液時(shí)的滴數(shù). 5.4×10-3 8×10-6 ①1.50×10-8 cm ②1.62×10-8 cm?、?.42×10-8 cm ④1.51×10-10 m 符合數(shù)量級(jí)要求 1.50×10-8 cm、1.62×10-8 cm、1.42×10-8 cm, 其平均值==1.51×10-8 cm=1.51×10-10 m,這與公認(rèn)值的數(shù)量級(jí)相吻合,故此實(shí)驗(yàn)符合數(shù)量級(jí)的要求.

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