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第十二章热学实验十七用油膜法估测分子的大小一、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、实验器材清水、盛水浅盘、胶头滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔．三、实验步骤1．在方盘中盛入适量的水(约2cm深)，使水处于稳定状态．2．用注射器(或胶头滴管)取事先配好的油酸酒精溶液，逐滴滴入量筒，记下量筒中滴入1mL溶液所需加入溶液的滴数．3．将痱子粉均匀地撒在水面上．4．用注射器(或胶头滴管)靠近水面将一滴油酸酒精溶液滴在水面上．5．待油酸膜的面积稳定后，把玻璃板放在方盘上，用彩笔描绘出油膜的形状．6．将玻璃板取出放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积．四、实验数据油酸酒精溶液中的油酸的体积、油膜的面积．五、注意事项1．实验前应检查方盘是否干净．2．方盘中的水应保持稳定状态，最好静置一段时间，痱子粉均匀撒在水面上．3．向水面滴油酸酒精溶液时，注射器针尖应竖直靠近水面，如果离水面太高，可能无法形成油膜，距离最好在1cm左右．4．计算油膜面积时，以坐标纸上方格的数目来计算，不足半个的舍去，多于半个的算1个．实验原理与操作【针对训练】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·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________(用字母符号表示)．(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)实验时应先确定一滴油酸酒精溶液的体积，然后取一滴油酸酒精溶液滴在水面上形成单分子油膜后，将玻璃板放在浅盘上描下油酸膜的形状，最后将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸膜的面积，故操作的先后顺序是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做紧密排列的球形分子数据处理与误差分析【针对训练】1．(2019·银川质检)在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用amL的纯油酸配制成bmL的油酸酒精溶液，再用滴管取1mL油酸酒精溶液，让其自然滴出，共n滴．现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为Scm2，则：(1)估算出油酸分子的直径大小是________cm.(2)用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油滴的________．A．摩尔质量B．摩尔体积C．质量D．体积解析：(1)油酸酒精溶液的浓度为ab，一滴油酸酒精溶液的体积为1nmL，一滴油酸酒精溶液含纯油酸abnmL，则油酸分子的直径大小为d＝abSncm.(2)设一个油酸分子体积为V，则V＝43πd23，由NA＝VmolV可知，要测定阿伏加德罗常数，还需知道油滴的摩尔体积，故B正确．答案：(1)abSn(2)B2．(2019·南阳质检)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每1000mL溶液中有0.6mL油酸．用注射器测得1mL上述溶液有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酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和大小如图所示，坐标中正方形方格的边长为1cm，试求：(1)油酸膜的面积是________cm2；(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________mL；(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径是_________m.解析：(1)根据题图，数得格子数为132个，那么油膜面积是S＝132×1cm2＝132cm2.(2)根据已知条件可知，1mL溶液中有75滴，1滴溶液的体积是175mL.又已知每1000mL溶液中有纯油酸0.6mL，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是V＝0.6×1751000mL＝8×10－6mL.(3)油酸分子的直径为d＝VS＝8×10－6132cm≈6.1×10－10m.答案：(1)132(2)8×10－6(3)6.1×10－103．(2019·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(保留一位有效数字)．(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(结果保留两位有效数字)．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＝格数×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