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第一章分子动理论第二节测量分子的大小一、实验目的用单分子油膜法测分子大小(直径)．二、实验原理把一定体积的油酸滴在水面上使其形成单分子油膜，如图所示，不考虑分子间的间隙，把油酸分子看成球形模型，计算出1滴油酸中含有纯油酸的体积V并测出油膜面积S，通过计算求出油膜的厚度D，即D＝VS就是油酸分子的直径．三、实验器材油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅水盘、玻璃板、坐标纸、彩笔、痱子粉或细石膏粉．四、实验步骤1．配制油酸酒精溶液．2．用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一定体积时的滴数，由此求出一滴油酸酒精溶液的平均体积V－.3．向浅盘中倒入清水，在水面上轻轻而均匀地撒一层痱子粉，在水面上用滴管滴一滴油酸酒精溶液．当油层不再扩散，形状稳定时，就近似形成单分子油膜．4．将玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油膜的形状描绘在玻璃板上．5．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1cm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)．6．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，根据油酸的体积V和油膜的面积S算出油酸分子的直径．7．洗净浅盘，擦去玻璃板上的油膜轮廓线，重复实验2～3次．五、注意事项1．油酸酒精溶液配制好后，不要长时间放置，以免改变浓度，影响实验．2．油酸酒精溶液的浓度应以小于11000为宜．3．注射器针头高出水面的高度应在1cm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，这是由针头中酒精挥发所致，不影响实验效果．4．待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓．扩散后又收缩，有两个原因：第一，水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩．5．从盘的中央加痱子粉，使痱子粉自动扩散至均匀．这是由以下两种因素所致：第一，加痱子粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开；第二，粉粒之间的排斥．这样做，比将痱子粉撒在水面上的效果好．6．做完实验后，把水从盘的一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，然后用脱脂棉擦去，最后用水冲洗，以保持盘的清洁．六、误差分析本实验属于估测，一般只要数量级正确即可，误差的主要来源是油酸体积V和油膜面积S的测量．在实验中由D＝VS计算分子的直径，“V”是经过换算后一滴油酸溶液中纯油酸的体积．各物理量的计算方法如下：(1)一滴油酸溶液的体积V′＝V液2N(N为滴数，V液2为N滴油酸溶液的体积)(2)一滴油酸溶液中纯油酸的体积V＝V′×V油V液1(V油为纯油酸体积，V液1为油酸溶液的总体积)(3)油酸薄层的面积S＝na2(n为有效格数，a为小格的边长)．(4)分子直径D＝VS.(5)注意单位的统一．实验步骤和原理的考查在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上．②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定．③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小．④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积．⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上．完成下列填空：(1)上述步骤中，正确的顺序是______________．(填写步骤前面的数字)(2)将1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液；测得1cm3的油酸酒精溶液有50滴．现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13m2.由此估算出油酸分子的直径为________m．(结果保留1位有效数字)[解析](1)实验操作开始之前要先配制油酸酒精溶液，确定每一滴溶液中含有纯油酸的体积，所以步骤④放在首位．实验操作时要在浅盘放水、痱子粉，为油膜形成创造条件，然后是滴入油酸、测量油膜面积，计算油膜厚度(即油酸分子直径)，所以接下来的步骤是①②⑤③.(2)油酸溶液的体积百分比浓度是1300，一滴溶液的体积是150cm3＝2×10－8m3，所以分子直径d＝2×10－8×13000.13m＝5×10－10m.[答案](1)④①②⑤③(2)5×10－10油膜法估测分子大小的解题技巧(1)首先要准确计算出纯油酸的体积V.(2)其次计算出油膜的面积S.(3)最后利用公式d＝VS求出的数值就是分子直径的大小．1.利用油膜法估测油酸分子的大小，实验器材有：浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、分度值为0.1mL的量筒、盛有适量清水的45×50cm2的浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸．(1)下面是实验步骤，请填写所缺的步骤C.A．用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1mL油酸酒精溶液时的滴数N；B．将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n；C．________________________________________________________________________________________________；D．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S.(2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子直径的大小为________(单位：cm)．解析：(1)将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上．(2)每滴油酸酒精溶液的体积为1Ncm3n滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为V＝nN×0.05%cm3所以单个油酸分子直径的大小为VS＝n×0.05%NS＝0.05%nNS.答案：(1)见解析(2)0.05%nNS实验误差的分析(多选)某学生在用油膜法估测分子直径实验中，计算结果明显偏大，可能是由于()A．油酸未完全散开B．油酸中含有大量酒精C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格D．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数错误地多记了10滴[思路点拨]解答此类问题的关键是根据公式D＝VS判断，同时明白偏大或偏小是指测量值比真实值大或小．[解析]计算结果偏大，由公式D＝VS知，是V的测量值偏大或S的测量值偏小，A选项会引起油膜面积的测量值偏小，B项不影响，C项会造成S值偏小；D项会引起V的测量值偏小．[答案]AC2.(多选)用油膜法估测分子的直径的实验中，下列操作正确的是()A．油酸酒精溶液的浓度应以小于1/1000为宜B．注射器针头高出水面的高度应在1m以上C．从盘的中央加痱子粉，使痱子粉自动扩散至均匀D．计算油膜面积时，不足半个的舍去，多于半个的算一个解析：选ACD.注射器针头高出水面的高度应在1cm之内，B错误，其余正确．