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实验课17用油膜法估测分子的大小-2-一、实验目的1.估测油酸分子的大小。2.学会间接测量微观量的原理和方法。二、实验原理1.利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜,如图所示。2.将油酸分子看作球形,测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积。3.用计算出油膜的厚度(V为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,S为油膜面积),这个厚度就近似等于油酸分子的直径。d=VS-3-三、实验器材1.油酸酒精溶液若干毫升,体积配比为1∶200。2.注射器或滴管1支。3.量筒1个。4.浅盘1个,规格为30cm×40cm。5.玻璃板1块,面积大于30cm×40cm,坐标纸。6.彩色水笔1支。7.痱子粉(或石膏粉)1盒。8.清水若干升。-4-四、实验步骤1.配制油酸酒精溶液:把1mL的油酸溶于酒精中,制成200mL的油酸酒精溶液。2.往浅盘中倒入约2cm深的水,然后将痱子粉(或石膏粉)均匀地撒在水面上。3.用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴油酸酒精溶液,使这些溶液体积恰好为1mL,算出每滴油酸酒精溶液所含油酸的体积V=mL。4.用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴油酸酒精溶液,油酸就在水面上慢慢散开,形成单分子油膜。5.待油酸薄膜形状稳定后,将一块较大的玻璃板盖在浅盘上,用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。1200n-5-6.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。求面积时,以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位,数出轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个。7.根据一滴油酸酒精溶液所含油酸的体积V和其形成的薄膜的面积S,算出油酸薄膜的厚度,即为油酸分子的大小。比较算出的分子大小,看其数量级是否为10-10m。d=VS-6-五、误差分析1.纯油酸体积的计算引起误差。2.油膜面积的测量引起的误差主要有两个方面:(1)油膜形状的画线误差;(2)数格子法本身是一种估算的方法,自然会带来误差。-7-六、注意事项1.实验前,必须将所有的实验用具擦洗干净,实验时,吸取油酸、酒精和油酸酒精溶液的滴管不能混用,否则会增大实验误差。2.油酸酒精溶液中油酸与酒精的体积比以1∶200为宜。3.浅盘里的水面离盘口面的距离应较小,并要水平放置,以便准确地画出油酸薄膜的形状,画线时视线应与板面垂直。4.油酸在水面上形成的薄膜先扩散后收缩,要在薄膜形状稳定后再画轮廓。薄膜扩散后又收缩的原因有两个:一是水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复;二是酒精挥发后,薄膜回缩。5.滴油酸溶液的滴口应在离水面1cm之内,否则油酸薄膜难以形成。实验前要注意训练好滴法。-8-考向1考向2考向3实验原理与误差分析例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-9-考向1考向2考向3(3)某同学做用油膜法估测分子大小的实验时,在边长约30cm的浅盘里倒入约2cm深的水,然后将痱子粉均匀地撒在水面上,用注射器滴一滴(选填“纯油酸”“油酸水溶液”或“油酸酒精溶液”)在水面上。稳定后,在玻璃板上描下油膜的轮廓,放到坐标纸上估算出油膜的面积。实验中若撒的痱子粉过多,则计算得到的油酸分子的直径偏(选填“大”或“小”)。-10-考向1考向2考向3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,其中酒精溶液的作用是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)油酸黏稠,不易散开,为了使其能够在水面形成单分子油膜,所以需要用酒精稀释,所以选择油酸酒精溶液。实验中若撒的痱子粉过多,则油酸酒精溶液形成的单分子膜面积变小,计算的油酸分子直径偏大。答案(1)ABD(2)B(3)油酸酒精溶液大-11-考向1考向2考向3方法归纳用油膜法估测分子大小的思路(1)理解分子模型,也就是理解油酸分子在水面上形成的薄膜厚度即分子直径。(2)明确溶质和溶剂的关系,正确求出纯油酸体积V。(3)准确“数”出油膜的面积S。(4)利用求得分子直径。d=VS-12-考向1考向2考向3实验步骤与数据处理例2在用油膜法估测分子大小实验中,(1)某同学操作步骤如下:①取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液;②在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积;③在蒸发皿内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;④在蒸发皿上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积。改正其中的错误:。(2)若油酸酒精溶液体积分数为0.10%,一滴溶液的体积为4.8×10-3mL,其形成的油膜面积为40cm2,则估测出油酸分子的直径为_________m。-13-考向1考向2考向3解析(1)②由于一滴溶液的体积太小,直接测量时相对误差太大,应用微小量累积法减小测量误差。③液面上不撒痱子粉时,滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油膜不能形成一块完整的油膜,油膜间的缝隙会造成测量误差增大,甚至使实验失败。(2)由油膜的体积等于一滴油酸酒精溶液内纯油酸的体积可得d=𝑉𝑆=4.8×10-3×10-6×0.10%40×10-4m=1.2×10-9m。答案(1)②在量筒中滴入n滴该溶液,③在水面上先撒上痱子粉(2)1.2×10-9-14-考向1考向2考向3实验探究拓展——油膜法测定阿伏加德罗常数例3利用油膜法可以粗略地测定阿伏加德罗常数,把密度ρ=0.8×103kg/m3的某种油,用滴管滴出一滴油在水面上形成油膜,已知这滴油的体积为V=0.5×10-3cm3,形成的油膜面积为S=0.7m2,油的摩尔质量为M0=0.09kg/mol。若把油膜看成是单分子层,每个油分子看成球形。(1)油分子的直径是多少?(2)由以上数据可以粗略地测出阿伏加德罗常数NA是多少?先列出计算式,再代入计算,只要求保留一位有效数字。-15-考向1考向2考向3解析已知油的摩尔质量为M0=0.09kg/mol,若求出一个油分子的质量m,即可根据NA=𝑀0𝑚求出阿伏加德罗常数,利用油膜法测分子的直径。(1)d=𝑉𝑆=0.5×10-3×10-60.7m=7.1×10-10m。(2)把每个油分子看作球形,则每个分子的体积为V'=16πd3=16π𝑉𝑆3,因此一滴油中含有的分子数为N=𝑉𝑉'=𝑉16π𝑉𝑆3=6𝑆3π𝑉2由题意可知一滴油的质量M=ρV一个油分子的质量为m=𝑀𝑁=𝜌π𝑉36𝑆3所以有NA=𝑀0𝑚=6𝑀0𝑆3𝜌π𝑉3=6×1023mol-1。答案(1)7.1×10-10m(2)NA=6𝑀0𝑆3𝜌π𝑉36×1023mol-1