第3讲实验用油膜法测分子的大小讲义整理.docx
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第3讲实验用油膜法测分子的大小讲义整理
第3讲 实验:
用油膜法测分子的大小
见学生用书P198
微知识1实验目的
1.估测油酸分子的大小。
2.学习间接测量微观量的原理和方法。
微知识2实验原理
利用油酸的酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜(如图所示),将油酸分子看做球形,测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积,用d=
计算出油膜的厚度,其中V为一滴油酸溶液中纯油酸的体积,S为油膜面积。
这个厚度就近似等于油酸分子的直径。
微知识3实验器材
盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。
微知识4实验步骤
1.用滴管(或注射器)将油酸酒精溶液滴入量筒,数出每毫升油酸酒精溶液的滴数,算出每滴液滴体积的平均值。
2.把洗干净的浅盘水平放置,倒入约2cm深的水。
用纱网(或粉扑)将适量的痱子粉(或石膏粉)轻轻撒在水面上。
3.用滴管(滴管距离水面约1cm)将一滴油酸酒精溶液轻轻滴入水面中央,待油膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上描下油酸膜的形状。
4.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,计算轮廓范围内正方形小方格的个数(不足半格的舍去,多于半格的算一个格),估测出油膜的面积,估算油酸分子的直径。
5.清洗浅盘,擦去玻璃板上的油膜轮廓线,重复做2次至3次实验。
微知识5数据处理
根据上面记录的数据,完成以下两个表格内容。
微知识6注意事项
1.实验前,必须将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,否则会增大实验误差。
2.痱子粉和油酸的用量都不可太大,否则不易成功。
3.油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜,不宜长时间放置。
4.浅盘中的水离盘口面的距离应较小,并要水平放置,以便准确地画出薄膜的形状,画线时视线应与板面垂直。
5.油酸在水面上形成油膜时先扩散后收缩,要在稳定后再画轮廓。
扩散后又收缩的原因有两个:
一是水面受液滴冲击凹陷后又恢复;二是酒精挥发后,油膜回缩。
6.滴油酸酒精溶液的滴口应在离水面1cm之内,否则油膜难于形成。
7.因为水和油酸都是无色透明的液体,所以要用痱子粉来显示油膜的边界。
注意要从盘的中央加痱子粉。
由于加粉后水的表面张力系数变小,水将粉粒拉开,同时粉粒之间又存在着排斥作用,粉会自动扩散至均匀。
这样做,比将粉撒在水面上的实验效果要好;撒痱子粉后,不要再触动盘中的水。
8.当重做实验时,水从盘的一侧边缘倒出,在这侧边缘会残留油酸。
为防止影响下次实验时油酸的扩散和油膜面积的测量,可用少量酒精清洗,并用脱脂棉擦去,再用清水冲洗,这样可保持盘的清洁。
9.本实验只要求估算分子的大小,实验结果数量级符合要求即可。
微知识7误差分析
1.油酸酒精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,注意正确的观察方法。
4.油膜形状的画线误差。
一、思维辨析(判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
)
1.油膜法测分子直径实验的原理关系式为d=
,其中V指一滴油酸溶液的体积,S指油膜的面积。
(×)
2.用数格子的方法计算油膜面积时,多于半格的算一个,少于半格舍去。
(√)
二、对点微练
1.(实验原理和操作)“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下:
A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去,多于半个的算一个),再根据方格的边长求出油膜的面积S
B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上
C.用浅盘装入约2cm深的水
D.用公式d=
求出薄膜厚度,即油酸分子的大小
E.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
(1)上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完全,请指出:
①_________________________________________________。
②_________________________________________________。
(2)上述实验步骤的合理顺序是__________。
解析
(1)①C步骤中,要在水面上均匀地撒上细石膏粉或痱子粉。
②实验中,要有步骤F:
用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内增加一定体积时的滴数。
(2)合理顺序为CFBAED。
答案
(1)见解析
(2)CFBAED
2.(数据处理)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104mL溶液中有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,求:
(1)油酸膜的面积是多少?
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少?
(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径。
解析
(1)根据题图,数得格子数为129个,那么油膜
面积是S=129×1cm2=129cm2。
(2)根据已知条件可知,1mL溶液中有75滴,1滴溶液的体积是
mL。
又已知每104mL溶液中有纯油酸6mL,一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是V=
mL=8×10-6mL。
(3)油酸分子的直径为
d=
=
cm≈6.2×10-10m。
答案
(1)129cm2
(2)8×10-6mL (3)6.2×10-10m
见学生用书P199
微考点 实验操作和数据处理
核|心|微|讲
本实验中处理数据要注意两点:
一是根据体积比计算出一定体积的油酸酒精溶液中纯油酸的体积;二是计算油膜面积时,必须遵循“数格子法”的原则,即不足半个的舍去,多于半个的算一个。
典|例|微|探
【例】 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,稳定后形成的油膜的形状如图所示。
若每一小方格的边长为25mm,则:
(1)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,则形成的油膜可视为________油膜,这层油膜的厚度可视为油酸分子的________。
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为________m3;根据上述数据,估测出油酸分子的直径为________m。
(结果均保留两位有效数字)
(2)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:
__________________________。
【解题导思】
(1)油膜法测分子大小的原理是形成单分子油膜,把每个分子看成球形,则分子直径如何表示?
答:
d=
,其中V指一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,S为油膜面积。
(2)油酸在水面上形成油膜时先扩散后收缩,要在稳定后再画轮廓,为什么?
答:
有两个原因:
一是水面受液滴冲击引起;二是酒精挥发。
解析
(1)油膜面积占68小格,面积约为S=68×25×25×10-6m2=4.3×10-2m2,一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为
V=
×
×10-6m3=1.2×10-11m3,
油酸分子的直径约等于油膜的厚度
d=
=
m≈2.8×10-10m。
(2)实验过程中除了按步骤进行操作,还要仔细观察实验现象,并学会分析所观察到的现象。
答案
(1)球体 单分子 直径
4.3×10-2 1.2×10-11 2.8×10-10
(2)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,因此油膜的面积扩张;②油酸酒精溶液中的酒精挥发,使液面收缩
题|组|微|练
1.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,要测定阿伏伽德罗常数,还需要知道油滴的________。
(填选项字母)
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
,一滴油酸酒精溶液的体积为
mL,一滴油酸酒精溶液含纯油酸
mL,则油酸分子的直径大小为d=
cm。
(2)设一个油酸分子体积为V,则V=
π
3,由NA=
可知,要测定阿伏伽德罗常数,还需知道油滴的摩尔体积,故B项正确。
答案
(1)
(2)B
2.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0.1mL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。
(1)这层油膜的厚度可视为油酸分子的__________。
(2)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,求得的油膜分子直径为__________m。
(结果保留两位有效数字)
解析
(1)油膜的厚度可视为油酸分子的直径。
(2)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
V=
×
mL=4.0×10-6mL=4.0×10-12m3
形成油膜的面积S=1.0×(67+14)cm2=8.1×10-3m2
油酸分子的直径d=
≈4.9×10-10m。
答案
(1)直径
(2)4.0×10-12 4.9×10-10
见学生用书P200
1.在“用油膜法估测分子的大小”实验中,已知一滴溶液中油酸的体积为V油酸,配制的油酸溶液中,纯油酸与溶液体积之比为1∶5000,1mL溶液滴25滴,那么1滴溶液的体积是________mL,所以1滴溶液中油酸的体积为V油酸=________cm3。
若实验中测得结果如下表所示,请根据所给数据填写出空白处的数值,并与公认的油酸分子直径d0=1.12×10-10m作比较,判断此实验是否符合数量级的要求:
________。
(填“是”或“否”)
解析 由题给条件得,1滴溶液的体积V溶液=
mL=4×10-2mL,因为
=
,故1滴溶液中油酸的体积为V油酸=
V溶液=
×
cm3=8×10-6cm3。
据此算得3次测得d的结果分别为
1.50×10-8cm,1.62×10-8cm,1.42×10-8cm,
d的平均值
=
≈1.51×10-10m。
这与公认值的数量级相吻合,故本次估测数值符合数量级的要求。
答案 4×10-2 8×10-6 1.50×10-8 1.62×10-8 1.42×10-8 1.51×10-10 是
2.在“用油膜法估测分子大小”的实验中,已知实验室中使用的油酸酒精溶液的浓度为A,N滴溶液的总体积为V。
在浅盘中的水面上均匀撒上痱子粉,将一滴溶液滴在水面上,待油膜稳定后,在带有边长为a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的轮廓,如图所示,测得油膜占有的正方形小格数为X。
(1)用以上字母表示一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为__________。
(2)油酸分子直径约为__________。
解析
(1)由题意可知,一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为V0=
。
(2)一滴所形成的油膜的面积为S=Xa2,所以油膜的厚度,即为油酸分子的直径为d=
=
。
答案
(1)
(2)
3.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,向撒的痱子粉的盛水浅盘中滴入2滴溶液,在液面上形成油酸薄膜,待薄膜稳定后,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(保留两位有效数字),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。
(保留两位有效数字)
解析
(1)数油膜的正方形格数,大于半格的算一格,小于半格的舍去,估算出油膜的面积S=格数×2cm×2cm=256cm2≈2.6×102cm2。
溶液浓度为
,每滴溶液体积为
mL,2滴溶液中所含油酸体积V=2×10-5cm3,油膜厚度即油酸分子的直径d=
≈8×10-10m。
(2)直径为1.43×10-8m的圆周周长为πd≈4.5×10-8m,可以估算出铁原子的直径约为
m=9.4×10-10m。
答案
(1)2.6×102 8×10-10
(2)9.4×10-10
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