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
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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