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第十三章热学(选修3－3)用油膜法估测分子的大小栏目导航12板块一基础回顾板块二考点突破基础回顾明体系、知细节、强化提能板块一一、实验基础知识二、实验数据处理1．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标板上，算出油酸薄膜的面积．2．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，然后根据纯油酸的体积V和薄膜的面积S，算出油酸薄膜的厚度d＝VS，即为油酸分子的直径．比较算出的分子直径，看其数量级是否为10－10m，若不是10－10m需重做实验．三、误差分析1．纯油酸体积的计算引起误差．2．油膜面积的计算造成误差．(1)油膜形状的边界画线造成误差．(2)数格子的个数所造成的误差．(3)数格子法计算油膜面积是一种估算法而带来误差．四、注意事项1．将所有的实验用具擦洗干净，吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用．2．痱子粉和油酸的用量都不可太大，否则不易成功．3．油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜．4．浅盘中的水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直．5．要待油膜形状稳定后再画轮廓．6．滴油酸酒精溶液的滴口应在离水面1cm之内，否则油膜难于形成．考点突破研典例、练高分、考点通关板块二考点一实验原理与操作——师生共研|研典例|【例】(2018届南宁模拟)“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下：A．将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油酸膜的面积S.B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上．C．用浅盘装入约2cm深的水．D．用公式d＝VS，求出薄膜厚度，即油酸分子直径的大小．E．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V.(1)上述步骤中有步骤遗漏或不完整的，请指出：①_________________________________________________________________.②__________________________________________________________________.(2)上述实验步骤的合理顺序是________．(3)某同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较，数据偏大，对出现这种结果的原因，下列说法中可能正确的是________．A．错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算B．计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理C．计算油酸膜面积时，只数了完整的方格数D．水面上痱子粉撒得较多，油酸膜没有充分展开[解析](1)①C步骤中，要在水面上均匀撒上痱子粉或细石膏粉．②实验时，还需要：F.用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时液滴的数目．(2)实验步骤的合理顺序是CFBAED.(3)由d＝VS可知，测量结果偏大有两个原因，一是体积比正常值偏大，二是面积比正常值偏小，故可能正确的说法是ACD.[答案](1)见解析(2)CFBAED(3)ACD|练高分|1．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，某同学操作步骤如下：①取一定量的无水酒精和油酸，配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，再滴入一滴溶液，待散开稳定；④在蒸发皿上覆盖玻璃板，描出油酸薄膜形状，用透明方格纸测量油酸薄膜的面积．请指出错误或有遗漏的步骤，并改正其错误：错误的步骤：_______________________________________________________；有遗漏的步骤：_____________________________________________________.解析：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实验失败．答案：见解析2．(2019届苏州模拟)(1)如图所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是________(用符号表示)．(2)用“油膜法”来粗略估测分子的大小，是通过一些科学的近似处理，这些处理有___________________________________________________________________.解析：(1)用“油膜法估测分子的大小”实验步骤为配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径．很显然操作先后顺序排列应是dacb.(2)在“用油膜法估测分子的大小”实验中，我们的实验依据是①油膜是呈单分子分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙．答案：(1)dacb(2)把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜，把形成油膜的分子看作紧密排列的球形分子考点二数据处理与误差分析——师生共研|研典例|【例】油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.6mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图所示．每一小方格的边长为25mm.(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为________模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为________油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的________．图中油酸膜的面积为________m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是________m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________m(结果保留2位有效数字)．(2)某同学在实验过程中，在距水面约2cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？请写出你分析的原因：__________________________________________.[解析](1)油膜面积约占72小格，面积约为S＝72×25×25×10－6m2＝4.5×10－2m2，一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V＝150×0.61000×10－6m3＝1.2×10－11m3油酸分子的直径约等于油膜的厚度d＝VS＝1.2×10－114.5×10－2m≈2.7×10－10m.(2)实验过程中除了按步骤进行操作，还要仔细观察实验现象，并学会分析所观察到的现象．[答案](1)球体单分子直径4.5×10－21.2×10－112.7×10－10(2)①水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积扩张；②油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩|练高分|1．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的浓度为A，N滴溶液的总体积为V.在浅盘中的水面上均匀撒上痱子粉，将一滴溶液滴在水面上，待油膜稳定后，在带有边长为a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的轮廓，如图所示，测得油膜占有的正方形小格数为X.(1)用以上字母表示一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为________．(2)油酸分子直径约为________．解析：(1)由题意可知，一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为V0＝VAN.(2)一滴油酸所形成的油膜的面积为S＝Xa2，所以油膜的厚度即油酸分子的直径为d＝V0S＝VANXa2.答案：(1)AVN(2)VANXa22．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得1mL上述溶液为75滴．把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形小格的边长为1cm.(1)该油酸薄膜的面积约为________cm2，每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________mL，油酸分子直径约为________m(结果保留小数点后两位)．(2)为了减少测量的误差，下列方法可行的是________．A．配置浓度较高的油酸酒精溶液B．把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小一些C．先在浅盘水中撒些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液滴4滴在水面上D．用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成矩形解析：(1)数油膜覆盖的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到估算出油膜的面积是正方形的个数，为112个则油膜的面积约为S＝112×1cm×1cm＝112cm2每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V＝175×6104mL＝8×10－6mL＝8.00×10－6mL把油酸分子看成球形，且不考虑分子间的空隙，则油酸分子直径d＝VS＝8×10－6×10－6112×10－4m≈7.15×10－10m.(2)配置的油酸酒精溶液浓度不能太高，浓度太高不能形成单分子油膜层，故A错误；向水面滴酒精油酸溶液时，针尖应竖直、靠近水面，如果离水面太高，可能无法形成油膜，最好在1cm左右，故B正确；水槽面积有限，4滴溶液，油膜可能无法全部展开，故C错误；只要是单分子层油膜即可，对油膜形状没有要求，故D错误．答案：(1)112(112～118都可)8.00×10－67.15×10－10(7.15×10－10～6.78×10－10都可)(2)B3．(2019届连云港摸底)测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法．(1)在“用油膜法估测分子大小”的实验中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入标注250mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250mL的溶液．然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2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，如图甲所示．坐标格的正方形大小为2cm×2cm.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(保留1位有效数字)．(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1.43×10－8m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2位有效数字)．解析：(1)数油膜所占的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面积S＝64×2cm×2cm＝256cm2.溶液浓度为11000，每滴溶液体积为1100mL,2滴溶液中所含油酸体积为V＝2×10－5cm3.油膜厚度即油酸分子的直径是d＝VS≈8×10－10m.(2)直径为1.43×10－8m的圆周周长为D＝πd≈4.5×10－8m，可以估算出铁原子的直径约为d′＝4.5×10－848m≈9.4×10－10m.答案：(1)2568×10－10(2)9.4×10－10