高考物理考点一遍过专题59实验用油膜法估测分子直径大小.docx

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高考物理考点一遍过专题59实验用油膜法估测分子直径大小

专题59实验：

用油膜法估测分子直径大小

用油膜法估测分子直径的大小

1．原理：

把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，使油酸在水面上形成单分子油膜，如果把油酸分子简化成球形，则油膜的厚度即为油酸分子的直径，如图所示。

2．计算：

如果测出油酸

的体积为V，单分子油膜的面积为S，则油酸分子的直径d=

。

3．分子大小：

除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10-10m。

4．油膜法测分子直径

（1）实验步骤

①在浅盘中倒入约2cm深的水，将痱子粉均匀撒在水面上。

②用注射器往小量筒中滴入1mL油酸酒精溶液，记下滴入的滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积V0。

③将一滴油酸溶液滴在浅盘的液面上。

④待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃放在浅盘上，用水彩笔（或钢笔）画出油酸薄膜的形状。

⑤将玻璃放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S；或者玻璃板上有直径为1cm的方格，则也可通过数方格数，算出油酸薄膜的面积S。

⑥根据已配好的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V。

⑦计算油酸薄膜的厚度d=

，即为油酸分子直径的大小

（2）注意事项

①实验前，必须把所有的实验用具擦洗干净，实验时吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能

混用，否则会增大误差，影响实验结果。

②待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓，扩散后又收缩有两个原因：

一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩。

③本实验只要求估算分子大小，实验结果的数量级符合要求即可。

④痱子粉不宜撒得过厚，油酸酒精溶液的浓度以小于

为宜。

⑤向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成。

5．数据处理

计算方法：

（1）一滴油酸溶液的平均体积

（2）一滴油酸溶液中含纯油酸的体积

V=

×油酸溶液的体积比。

（体积

比=

）

（3）油膜的面积S=n×1cm2。

（n为有效格数，小方格的边长为1cm）

（4）分子直径d=

。

（代入数据时注意单位的统一）

6．几点说明

（1）酒精油酸溶液配制后长时间放置，溶液的浓度容易改变，会给实验带来较大误差。

（2）利用小格子数计算轮廓面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。

为减小误差，不足半个格子的舍去，多于半个格子的算一个。

方格边长的单位越小，计算出的面积越精确。

（3）测量量筒内溶液增加1mL的滴数时，体积观测不准确会带来很大误差，注意正确的读取体积的方法，应选用内径小的量筒。

（4）油膜形状的画线不准会带来误差。

在用油膜法估测分子的大小的实验中，具体操作如下：

①取油酸1.0mL注入250mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液；

②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.0mL为止，恰好共滴了100滴；

③在边长约40cm的浅水盘内注入约2cm深的水，将细石膏粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒

精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有石膏粉，可以清楚地看出油膜轮廓；

④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状；

⑤将画有油膜形状的玻璃板放在边长为1.0cm的方格纸上，算出完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个。

利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸为________m3，油膜面积为________m2，求得的油膜分子直径为________m。

（结果全部取2位有效数字）

【参考答案】

【详细解析】油酸酒精溶液的浓度为

，一滴溶液的体积为

，则一滴油酸酒精溶液含纯油酸为

；油膜的面积

；油膜分子直径为

。

1．为了减小“油膜法估测分子的大小”的实验误差，下列方法可行的是

A．用注射器向量筒中滴入（100滴）油酸酒精溶液，并读出量筒里这些溶液的体积恰为整数V1，则每滴溶液的体积为V2=

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些

C．先在浅盘内的水中撒入一些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液滴1滴在水面上

D．用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成规则形状

E．计算油膜面积时舍去所有不足一个的方格

【答案】ABC

2．在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的试验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每

溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得1mL上述溶液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，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓形状，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，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直径为m。

（结果保留1位有效数字）

【答案】

（1）148

（2）8×10-6（3）5×10-10

1．采用油膜法估测分子的直径，先将油

酸分子看成球形分子，再把油膜看成单分子油膜，在实验时假设分子间没有间隙。

实验操作时需要测量的物理量是

A．1滴油酸的质量和它的密度

B．1滴油酸的体积和它的密度

C．油酸散成油膜的面积和油酸的密度

D．1滴油酸的体积和它散成油膜的最大面积

2．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用aml纯油酸配制成bml的油酸酒精溶液，现已测得一滴溶液cml，将一滴溶液滴入水中，油膜充分展开后面积为Scm2，估算油酸分子的直径大小为

A．

B．

C．

D．

3．某同学做“用油膜法估测分子大小”的实验时，在边长约30cm的浅盘里倒入约2cm深的水，然后将痱子粉均匀的撒在水面上，用注射器滴一滴（选填“纯油酸”“油酸水溶液”或“油酸酒精溶液”）在水面上。

稳定后，在玻璃板上描下油膜的轮廓，放到坐标纸上估算出油膜的面积。

实验中若撒的痱子粉过多，则计算得到的油酸分子的直径偏（选填“大”或“小”）。

4．利用油膜法可粗略测量分子的大小和阿伏加德罗常数。

若已知n滴油的总体积为V，一滴油所形成的单分子油膜的面积为S，这种油的摩尔质量为μ，密度为ρ。

则可求出一个油分子的直径d=；阿伏加德罗常数NA=。

5．在粗测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：

①取油酸1.00mL注入250mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液。

②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.00mL为止，恰好共滴了100滴。

③在水盘内注入蒸馏水，静置后用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一油膜。

④测得此油膜面积为3.60×102cm2。

（1）这种粗测方法是将每个分子视为______，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜面积可视为______，这层油膜的厚度可视为油分子的______。

（2）利用数据可求得油酸分子的直径为______m。

（结果保留2位有效数字）

6．

（1）某同学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．油酸中含有大量的酒精

C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格

D．求每滴体积时，lmL的溶液的滴数误多记了10滴

（2）在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸1mL，用注射器测得1mL上述溶液有200滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油酸膜的近似轮廓如图所示，图中正方形小方格的边长为1cm，

则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是mL，油酸膜的面积是cm2。

根据上述数据，估测出油酸分子的直径是m。

7．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的盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的纯油膜的形状如图所示。

若每一小方格的边长为25mm，试问：

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，则形成的油酸可视为油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的。

上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。

（结果保留两位有效数字）

8．利用“油膜法估测分子直径”实验体现了构建分子模型的物理思想，也体现了通过对宏观量的测量来实现对微观量的间接测量方法。

（1）某同学的操作步骤如下：

A．取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液；

B．在量筒中滴入一滴油酸酒精溶液，测出它的体积；

C．向浅水盘中倒入约2cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上；

D．将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜；

E．在浅水盘上覆盖带方格的透明玻璃板，描出油膜形状，算出油膜的面积S。

上述实验步骤中，操作错误的一项是_______（填字母代号）；该同学最后应用公式d=

正确地估算出油酸分子的直径d，公式中V代表的是____________________________。

（2）某同学在玻璃板上描出油膜的边界线，如右图所示，已知玻璃板上的小方格边长为1cm，则油膜占有的面积约为___________cm2。

9．在“用油膜法估测分子大小”实验中所用的油酸酒精溶液的浓度为1000mL溶液中有纯油酸0.6mL，用注射器测得1mL上述溶液为80滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形方格的边长为1cm，试求：

（1）油酸膜的面积是cm2；

（

2）实验测出油酸分子的直径是m；（结果保留两位有效数字）

（3）实验中为什么要让油膜尽可能散开？

。

10．在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：

A．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定；

B．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；

C．往浅盘里倒入约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；

D．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；

E．根据一滴溶液中纯油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子直径。

（1）以上各实验步骤中正确的顺序是________（填写步骤前面的字母）。

（2）实验中所用的油酸酒精溶液的体积百分比浓度为0.05%，每滴溶液的体积为0.02mL，描出油酸膜边缘轮廓如图所示。

已知玻璃板上正方形小方格的边长为1cm，则油酸膜的面积约为________m2（保留两位有效数字）。

由以上数据，可估算出油酸分子的直径为________m（保留两位有效数字）。

11．

（1）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，已经准备的器材有：

油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔，要完成本实验，还欠缺的器材有______________________。

（2）在用油膜法粗测分子直径的实验中，在哪些方面作了理想化的假设_______；实验中滴在水面的是酒精油酸溶液而不是纯油酸，且只能滴一滴，这是因为_____________________________；在将酒精油酸溶液滴向水面前，要先在水面上均匀撒些痱子粉，这样做是因为_____________________________。

abc

d

（3）图反映“用油膜法估测分子的大

小”实验中的4个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是______________（用符号表示）。

12．在做用油膜法估测分子大小的实验中，酒精油酸溶液的浓度约为每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酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标纸中正方形方格的边长为1cm。

试求：

（1）油酸膜的面积是_______cm2

（2）每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积为________cm3

（3）按以上实验数据估测出油酸分子的直径___________m。

（4）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：

___________________________。

13．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，按照油酸与酒精的体积比为m:

n配制油酸酒精溶液，用注射器滴取该溶液，测得k滴溶液的总体积为V，将一滴溶液滴入浅盘，稳定后将油酸膜轮廓描绘在坐标纸上，如图所示。

已知坐标纸上每个小正方形的边长为a。

（1）求油膜面积；

（2）估算油酸分子的直径。

1．D【解析】根据实验原理：

油酸分子是紧密排列的，在水面上形成单分子油膜，用纯油酸的体积除以油膜面积得出的油膜面积厚度，即为油酸分子直径，所以需要测量的量有纯油酸的体积和纯油酸在水面上形成油

膜的面积，D正确。

2．A【解析】纯油酸体积为

，油膜面积为

S，油酸分子直径

，故A正确。

3．油酸酒精溶液大

【解析】此实验所用的液体是油酸酒精溶液；实验中若撒的痱子粉过多，则会使得油膜不能在水面上散成最大面积，则计算得到的油酸分子的直径偏大。

4．

【解析】每滴油的体积为

，油膜的面积为S，则油分子直径

；1摩尔油的体积为

，则1摩尔油所含的分子数，即阿伏伽德罗常数为：

=

。

油酸分子直径为

6．

（1）AC

（2）5×10-6401.25×10-9

【解析】

（1）计算油酸分子直径时要用到d=

，油酸未完全散开，S偏小，故直径偏大，选项A正确；计算时利用的是纯油酸的体积，如果含有大量的酒精，则油酸的实际体积偏小，则直径偏小，选项B错误；计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，S偏小，故直径偏大，选项C正确；求每滴体积时，lmL的溶液的滴数误多记了10滴，由V0=

可知，体积偏小，则直径偏小，选项D错误。

（2）1滴酒精油酸溶液中含油酸的体积V=

mL=5×10﹣6mL。

由于每格边长为1cm，则每一格就是1cm2，估算油膜面积以超过半格以一格计算，小于半格就舍去的原则，估算出油酸为40格。

则油酸薄膜面积为40cm2；分子的直径d=

=1.25×10﹣9m。

7．球体单分子直径4.4×10﹣21.2×10﹣112.7×10﹣10

【解析】这种估测方法是将每个分子视为球体模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油分子的直径。

油膜的面积可从方格纸上得到，所围成的方格中，面积超过一半按一半算，小于一半的舍去，图中共有70个方格，故油膜面积为：

S=70×25mm×25mm=

43750mm2=4.4×10﹣2m2，每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是：

V=

×10﹣6×

m3=1.2×10﹣11m3。

油酸分子的直径：

d=

=2.7×10﹣10m。

（2）不足半个的舍去

，多于半个的算一个，从图中数得油膜占有的小正方形个数为60，1个小方格的面积

，油膜的面积

。

9．

（1）115（113~115都对）

（2）6.5×10-10（6.5×10-10~6.6×10-10都对）（3）这样做的目的是让油膜在水面上形成单分子薄膜

【解析】

（1）由图示可知，油膜占115个方格，油膜的面积S=1cm×1cm×115=115cm2

（2）一滴溶液中含纯油的体积

，油酸分子的直径

。

（3）当油酸溶液滴在水面后，尽可能散开，形成单分子膜，这样才能得出油酸分子直径。

【名师点睛】此题考查了用油膜法测分子直径的实验；求油膜面积时要注意，不到半个格的要舍去，超过半个格的算一个格，数出油膜轮廓的格数，然后乘以每一个格的面积得到油膜的面积；求油酸的体积时要注意，求的是纯油的体积，不是溶液的体积。

10．

（1）CADBE

（2）1.1×10－29.1×10－10

【解析】

（1）“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：

准备浅水盘（C）→形成油膜（A）→描绘油膜边缘（D）→测量油膜面积（B）→计算分子直径（E），故正确的顺序为：

CADBE。

（2）油酸膜的面积约为：

油酸分子的直径

。

11．

（1）量筒、痱子粉、坐标纸

（2）将油膜看成单分子，将油分子看成球形，认为油酸分子是一个紧挨一个的纯油酸粘滞力较大，直接测量体积时误差太大使酒精可以迅速分散，且油酸聚集均匀（3）dacb

（2）本实验中做了三点理想化假设，其中两点是油酸分子视为球形；油酸分子是紧挨在一起的，且将油膜看成单分子膜。

实验中滴在水面的是油酸酒精溶液而不是纯油酸，且只能滴一滴，这是因为纯油酸粘滞力较大，直接测量体积时误差太大；在滴入油滴之前，要先在水面上均匀撒上痱子粉，这样做的目的是使酒精可以迅速分散，且油酸聚集均匀，油膜边界清晰，便于描绘油膜形状

（3）“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：

配制酒精油酸溶液→测定一滴酒精油酸溶液的体积→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，在实验的步骤中，是“将1滴此溶液滴在有痱子粉的浅盘里的水面上，等待形状稳定”，因此操作先后顺序排列应是dacb。

12．

（1）106

（2）8×10－6cm3（3）7.5×10－10m（4）主要有两个原因：

①水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积先扩张后又收缩；②油酸酒精溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，使液面收缩

【解析】

（1）根据图中的轮廓可知，油膜面积S=106×1cm2=106cm2。

（2）由1

mL溶液为75滴可知1滴溶液的体积为

mL，又已知每104mL溶液中有纯油酸6mL。

则1滴溶液中含纯油酸的体积为

V=

mL=8×10－6mL=8×10－6cm3。

（3）油酸分子直径

cm≈7.5×10－8cm=7.5×10－10m。

（4）主要有两个原因：

①水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积先扩张后又收缩；②油酸酒精溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，使液面收缩

13．31a2

【解析】

（1）估算油膜面积时以超过半格以一格计算，小于半格就舍去的原则，估算出31格

则油酸薄膜面积为S=31a2。

（2）根据公式V油酸=dS，可得d=

。

【名师点睛】误差分析

（1）油酸酒精溶液的实际浓度和理论值间存在偏差；

（2）一滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差；（3）油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏差；（4）采用“互补法（即不足半个舍去，大于半个的算一个）”计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差。