高中物理 第1章 分子動理論與統(tǒng)計思想 2 學(xué)生實驗：用油膜法估測油酸分子的大小教師用書 教科版選修3-3

學(xué)生實驗：用油膜法估測油酸分子的大小 1．實驗?zāi)康? 用油膜法估測油酸分子的大?。? 2．實驗原理 把一定體積的油酸滴在水面上使其形成單分子油膜，如圖121所示，不考慮分子間的間隙，把油酸分子看成球形模型，計算出1滴油酸中含有純油酸的體積V，并測出油膜面積S，通過計算求出油膜的厚度d，即d＝就是油酸分子的直徑． 圖121 3．實驗器材 油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、淺水盤、玻璃板、坐標紙、彩筆、痱子粉或細石膏粉． 1．實驗步驟 (1)在淺盤中倒入約2 cm深的水，將痱子粉或細石膏粉均勻撒在水面上． (2)取1毫升(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成200毫升的油酸酒精溶液． (3)用注射器往量筒中滴入1 mL配制好的油酸酒精溶液(濃度已知)，記下滴入的滴數(shù)N，算出一滴油酸酒精溶液的體積. (4)將一滴油酸酒精溶液滴在淺盤的液面上． (5)待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆畫出油酸薄膜的形狀． (6)將玻璃板放在坐標紙上(或者玻璃板上有邊長為1 cm的方格)，通過數(shù)方格個數(shù)，算出油酸薄膜的面積S.計算方格數(shù)時，不足半個的舍去，多于半個的算一個． (7)根據(jù)已配制好的油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V. (8)計算油酸薄膜的厚度d＝，即為油酸分子直徑的大小． 2．數(shù)據(jù)處理 (1)一滴油酸溶液的平均體積 ＝. (2)一滴溶液中含純油酸的體積V V＝油酸溶液的體積比　(體積比＝)． (3)油膜的面積S＝n1 cm2(n為有效格數(shù)，小方格的邊長為1 cm)． (4)分子直徑d＝(代入數(shù)據(jù)時注意單位的統(tǒng)一)． 3．誤差分析 產(chǎn)生原因 減小方法 偶然 誤差 數(shù)不完整格數(shù)時，對不足半格的判斷存在誤差 數(shù)出全部不完整的格數(shù)n，它們相當于有個完整的格數(shù) 系統(tǒng) 誤差 油酸分子(C17H33COOH)的形狀為長鏈形，將其視為球體則與實際分子形體有區(qū)別，所以實驗只能得到分子直徑的數(shù)量級，而不能得到準確值 4.實驗注意事項 (1)油酸溶液配制后不要長時間放置，以免改變濃度，而使實驗誤差增大． (2)注射器針頭高出水面的高度應(yīng)為1 cm之內(nèi)，當針頭靠近水面很近(油酸未滴下之前)時，會發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開，是由于針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果． (3)實驗之前要訓(xùn)練好滴法． (4)待測油酸擴散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓．擴散后又收縮有兩個原因：第一，水面受油酸滴的沖擊凹陷后又恢復(fù)；第二，酒精揮發(fā)后液面收縮． (5)當重做實驗時，水從盤的一側(cè)邊緣倒出，在這一側(cè)邊緣會殘留少許油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去，再用清水沖洗，這樣可保持盤的清潔． (6)從盤的中央加痱子粉，使粉自動擴散均勻，這是由于以下兩種因素所致：第一，加粉后水的表面張力系數(shù)變小，水將粉粒拉開；第二，粉粒之間的排斥．這樣做，比將粉撒在水面上實驗效果好． (7)本實驗只要求估算分子大小，實驗結(jié)果數(shù)量級符合要求即可． 實驗探究1　實驗誤差分析 　(2016鄭州高二檢測)某同學(xué)在用油膜法估測分子直徑的實驗中，計算結(jié)果明顯偏大，可能是由于(　　) A．油酸未完全散開 B．油酸中含有大量酒精 C．求每滴體積時，1 mL溶液的滴數(shù)多數(shù)了幾滴 D．求每滴體積時，1 mL溶液的滴數(shù)少數(shù)了幾滴 E．計算油膜面積時，舍去了所有不足一格的方格 【解析】　形成的油膜不是單分子層，計算的油膜厚度就不是分子直徑，比分子直徑大得多，A正確；滴入水中后酒精都溶入水中，B錯誤；計算體積時多數(shù)了幾滴，會使計算的油滴體積偏小，當然計算的分子直徑也偏小，C錯誤，D正確；數(shù)方格時舍去了所有不足一格的方格，計算出的油膜面積偏小，導(dǎo)致計算結(jié)果偏大，E正確． 【答案】　ADE 實驗探究2　實驗步驟及數(shù)據(jù)處理 　(2016青島高二檢測)在“油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，有下列實驗步驟： ①往邊長約為40 cm的淺盤里倒入約2 cm深的水．待水面穩(wěn)定后將適量的痱子粉均勻地撒在水面上． ②用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定． ③將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上，計算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和面積計算出油酸分子直徑的大?。? ④用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)每增加一定體積時的滴數(shù)，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積． ⑤將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上． 完成下列填空： (1)上述步驟中，正確的順序是__________．(填寫步驟前面的數(shù)字) (2)將1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；測得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴．現(xiàn)取一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測得所形成的油膜的面積是0.13 m2. 由此估算出油酸分子的直徑為__________m．(結(jié)果保留一位有效數(shù)字) 【解析】　(1)實驗操作開始之前要先配制油酸酒精溶液，確定每一滴溶液中含有純油酸的體積，所以步驟④放在首位．實驗操作時要在淺盤放水、痱子粉，為油膜形成創(chuàng)造條件，然后是滴入油酸、測量油膜面積、計算油膜厚度(即油酸分子直徑)，所以接下來的步驟是①②⑤③. (2)油酸溶液的體積百分比濃度是.一滴溶液的體積是 cm3＝210－8 m3，所以分子直徑d＝ m＝510－10 m. 【答案】　(1)④①②⑤③　(2)510－10