2020版高考物理粤教版大一轮复习讲义：第十三章 实验十三 Word版含解析.pdf

实验十三 用油膜法估测分子的大小实验十三 用油膜法估测分子的大小 1.实验原理 实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小.当把一滴用酒精稀释 过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上 形成如图 1 甲所示形状的一层纯油酸薄膜.如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子 油膜的面积，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纯油酸的体积， 用 S 表示单分子油膜的面积，用 d 表示分子的直径，如图乙所示，则 d . V S 图 1 2.实验器材 盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或细石膏粉)、油酸酒精溶液、 量筒、彩笔. 3.实验步骤 (1)用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以免给实验带来误差. (2)配制油酸酒精溶液， 取纯油酸 1 mL， 注入 500 mL 的容量瓶中， 然后向容量瓶内注入酒精， 直到液面达到 500 mL 刻度线为止， 摇动容量瓶， 使油酸充分溶解在酒精中， 这样就得到了 500 mL 含 1 mL 纯油酸的油酸酒精溶液. (3)用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积 Vn 时的滴数 n. (4)根据 V0算出每滴油酸酒精溶液的体积 V0. Vn n (5)向浅盘里倒入约 2 cm 深的水，并将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上. (6)用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上. (7)待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上. (8)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上， 算出油酸薄膜的面积 S(求面积时以坐标纸上 边长为 1 cm 的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数， 不足半个的舍去， 多于半个的算一个). (9)根据油酸酒精溶液的配制比例， 算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 V， 并代入公式 d 算出油酸薄膜的厚度 d. V S (10)重复以上实验步骤，多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小. 1.数据处理 根据上面记录的数据，完成以下表格内容. 实验次数 量筒内增加 1 mL 溶液时的滴数 轮廓内的 小格子数 轮廓面积 S 1 2 3 4 实验次数 一滴纯油酸 的体积 V 分子的 大小(m) 平均值 1 2 3 4 2.注意事项 (1)注射器针头高出水面的高度应在 1 cm 之内，当针头靠水面很近(油酸未滴下之前)时，会发 现针头下方的粉层已被排开，这是针头中酒精挥发所致，不影响实验效果. (2)待测油酸薄膜扩散后又会收缩， 要在油酸薄膜的形状稳定后再画轮廓.扩散后又收缩有两个 原因：水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；酒精挥发后液面收缩. (3)当重做实验时， 将水从浅盘的一侧边缘倒出， 在这侧边缘会残留油酸， 可用少量酒精清洗， 并用脱脂棉擦去再用清水冲洗，这样做可保持浅盘的清洁. (4)本实验只要求估测分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可. 命题点一 教材原型实验命题点一 教材原型实验 例 1 在“用油膜法估测分子的大小”实验中， (1)(多选)该实验中的理想化假设是( ) A.将油膜看成单分子层油膜 B.不考虑各油酸分子间的间隙 C.不考虑各油酸分子间的相互作用力 D.将油酸分子看成球形 (2)实验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间形成清晰的边界轮廓 B.对油酸溶液起到稀释作用 C.有助于测量一滴油酸的体积 D.有助于油酸的颜色更透明便于识别 (3)某老师为本实验配制油酸酒精溶液， 实验室配备的器材有 ： 面积为 0.22 m2的蒸发皿、 滴管、 量筒(50滴溶液滴入量筒体积约为1毫升)、 纯油酸和无水酒精若干.已知分子直径数量级为10 10 m，则该老师配制的油酸酒精溶液浓度(油酸与油酸酒精溶液的体积比)至多为 _(保留两位有效数字). 答案 (1)ABD (2)B (3)1.1 解析 (1)计算分子直径是根据体积与面积之比，所以需将油膜看成单分子层油膜，不考虑各 油酸分子间的间隙，将油酸分子看成球形，故选 A、B、D. (2)实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液对油酸起到稀释作用，酒精稀释油酸是为了进 一步减小油酸的面密度，使油酸分子尽可能少的在竖直方向上重叠，更能保证其形成单层分 子油膜，也就是为了减小系统误差. (3)根据题意可知，形成的油膜的面积不能超过蒸发皿的面积，当油膜面积等于蒸发皿的面积 时，油酸酒精溶液浓度最大.一滴油酸的体积 V0dS1010 m×0.22 m22.2×1011 m3，一 滴油酸酒精溶液的体积 V cm32×108 m3，则此油酸酒精溶液的浓度为1.1 . 1 50 V0 V 变式 1 (多选)(2018·湖北省武汉市调研)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，下列做 法正确的是( ) 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 滴溶液的体 积是 1 mL，则 1 滴溶液中含有油酸 102 mL B.往浅盘里倒入适量的水，再将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上 C.用注射器往水面上滴 1 滴油酸酒精溶液，同时将玻璃板放在浅盘上，并立即在玻璃板上描 下油酸膜的形状 D.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算轮廓范围内正方形的个数，并求得油膜的 面积 E.根据 1 滴油酸酒精溶液中油酸的体积 V 和油膜面积 S 就可以算出油膜厚度 d ， 即油酸分 V S 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 的体积是 1 mL，则 1 滴油酸酒精溶液的体积是 102 mL，含有油酸的体积小于 102 mL，选 项 A 错误 ； 往浅盘里倒入适量的水，再将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上，选项 B 正确 ； 用注射器往水面上滴 1 滴油酸酒精溶液，同时将玻璃板放在浅盘上，待油酸在液面上分布均 匀并稳定后，在玻璃板上描下油酸膜的形状，选项 C 错误；将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在 坐标纸上，计算轮廓范围内正方形的个数，并求得油膜的面积，选项 D 正确；根据 1 滴油酸 酒精溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d ， 即油酸分子的大小， 选项E V S 正确. 变式 2 (2018·河南省郑州市第三次质量预测)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将 一滴油酸酒精溶液滴入事先洒有均匀痱子粉的水槽中，待油膜充分散开后，在玻璃板上描出 油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图 2 所示.坐标纸上正方形小方格的边长 为 10 mm，该油膜的面积是_ m2；已知油酸酒精溶液中油酸浓度为 0.2%,400 滴油酸 酒精溶液滴入量筒后的体积是 1.2 mL，则油酸分子的直径为_ m.(结果均保留两位有 效数字) 图 2 答案 8.0×103 7.5×1010 解析 在围成的方格中，不足半格舍去，多于半个的算一个，共有 80 个方格，故油酸膜的面 积为 S80×1 cm×1 cm80 cm28.0×103 m2 每滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积 V×0.2% mL6×1012 m3 1.2 400 根据 d 7.5×1010 m. V S 命题点二 实验拓展创新命题点二 实验拓展创新 例 2 测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法. (1)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，用移液管量取 0.25 mL 油酸，倒入标注 250 mL 的容量瓶中，再加入酒精后得到 250 mL 的溶液.然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中 滴入 50 滴溶液，溶液的液面达到量筒中 1 mL 的刻度，再用滴管取配好的油酸酒精溶液，向 撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下 1 滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有 正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图 3 甲所示.坐标格中每个小正方形方格的大小为 2 cm×2 cm.由图可以估算出油膜的面积是_ cm2，由此估算出油酸分子的直径是_ m(结果保留一位有效数字). 图 3 (2)如图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片.这个量子围栏是由 48 个铁原 子在铜的表面排列成直径为 1.43×108 m 的圆周而组成的.由此可以估算出铁原子的直径约 为_ m(结果保留两位有效数字). 答案 (1)256 8×1010 (2)9.4×1010 解析 (1)数油膜的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面积 S 64×2 cm×2 cm256 cm2.溶液浓度为，每滴溶液体积为 mL,1 滴溶液中所含油酸体 1 1 000 1 50 积为 V2×105 cm3.油膜厚度即油酸分子的直径是 d 8×1010 m. V S (2)直径为 1.43×108 m 的圆周周长为 Dd4.49×108 m，可以估算出铁原子的直径约为 d m9.4×1010 m. 4.49 × 108 48