高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十一章 第4講 實(shí)驗(yàn)十二 用油膜法估測(cè)分子的大小課件.ppt

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1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)估測(cè)油酸分子的大小。(2)學(xué)會(huì)間接測(cè)量微觀量的原理和方法。知 識(shí) 梳 理實(shí)驗(yàn)原理利用油酸酒精溶液在平靜的水面上形成單分子油膜如圖所示,將油酸分子看做球形,測(cè)出一定體積油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積,用d=計(jì)算出油膜的厚度,其中V為一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積,S為油膜面積,這個(gè)厚度就近似等于油酸分子的直徑。VS 實(shí)驗(yàn)器材清水、盛水淺盤、滴管(或注射器)、試劑瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉(或石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩筆。實(shí)驗(yàn)步驟(1)用稀酒精溶液及清水清洗淺盤,充分洗去油污、粉塵,以免給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤差。(2)取1毫升(1 cm 3)的油酸溶于酒精中,制成200毫升的油酸酒精

2、溶液。(3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液,使這些溶液的體積恰好為1 mL,算出每滴油酸酒精溶液的體積V0= mL。(4)往邊長(zhǎng)約為3040 cm的淺盤中倒入約2 cm深的水,然后將痱子粉(或石1n 膏粉)均勻地撒在水面上。(5)用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液,油酸就在水面上慢慢散開(kāi),形成單分子油膜。(6)待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后,將一塊較大的玻璃板蓋在淺盤上,用彩筆將油酸薄膜的形狀畫(huà)在玻璃板上。(7)將畫(huà)有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,算出油酸薄膜的面積。(8)據(jù)油酸酒精溶液的濃度,算出一滴溶液中純油酸的體積V,據(jù)一滴油酸的體積V和薄膜的面積S

3、,算出油酸薄膜的厚度d=,即為油酸分子的直徑。比較算出的分子直徑,看其數(shù)量級(jí)(單位為m)是否為10 -10,若不是10-10須重做實(shí)驗(yàn)。 VS 數(shù)據(jù)處理根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù),完成以下表格內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)次數(shù)量筒內(nèi)增加1 mL溶液時(shí)的滴數(shù)輪廓內(nèi)的小格子數(shù)輪廓面積S1 2 實(shí)驗(yàn)次數(shù)一滴溶液中純油酸的體積V分子的大小(m)平均值 1 2 注意事項(xiàng)(1)油酸酒精溶液配制后不宜長(zhǎng)時(shí)間放置,以免改變濃度,產(chǎn)生誤差。(2)油酸酒精溶液的濃度應(yīng)小于為宜。(3)痱子粉的用量不要太大,否則不易成功。(4)測(cè)1滴油酸酒精溶液的體積時(shí),滴入量筒中的油酸酒精溶液的體積應(yīng)為整毫升數(shù),最好多滴幾毫升,數(shù)出對(duì)應(yīng)的滴數(shù),這樣求平均值誤

4、差較小。(5)淺盤里水離盤口面的距離應(yīng)較小,并要水平放置,以便準(zhǔn)確地畫(huà)出薄膜的形狀,畫(huà)線時(shí)視線應(yīng)與板面垂直。(6)要待油膜形狀穩(wěn)定后,再畫(huà)輪廓。11 000 (7)本實(shí)驗(yàn)只要求估算分子的大小,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)量級(jí)符合即可。(8)做完實(shí)驗(yàn)后,把水從盤的一側(cè)邊緣倒出,并用少量酒精清洗,然后用脫脂棉擦去,最后用水沖洗,以保持盤的清潔。誤差分析(1)油酸酒精溶液配制后長(zhǎng)時(shí)間放置,溶液的濃度容易改變,會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)較大誤差。(2)純油酸體積的計(jì)算誤差。(3)油膜面積的測(cè)量誤差油膜形狀的畫(huà)線誤差;數(shù)格子法本身是一種估算的方法,自然會(huì)帶來(lái)誤差。 1.(多選)某學(xué)生在做“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)時(shí),計(jì)算結(jié)果偏

5、大,可能是由于( )A.油酸未完全散開(kāi)B.油酸溶液濃度低于實(shí)際值C.計(jì)算油膜面積時(shí),舍去了所有不足一格的方格D.求每滴體積時(shí),1 mL的溶液的滴數(shù)多記了10滴 答案 AC由d=知,選項(xiàng)A、C會(huì)導(dǎo)致油膜面積偏小,d計(jì)算偏大;選項(xiàng)B、D會(huì)使油酸體積偏小,d計(jì)算偏小。VS 2.利用油膜法可粗略地測(cè)定分子的大小和阿伏加德羅常數(shù),若已知n滴油酸的總體積為V,一滴油酸能形成單分子油膜面積為S,油膜的摩爾質(zhì)量為,密度為,油酸分子可視為球體,則阿伏加德羅常數(shù)NA應(yīng)為( )A. B. C. D. 答案 C一滴油酸的體積為,油酸分子直徑d=,一個(gè)油酸分子的體積為d3,因此阿伏加德羅常數(shù)NA=,C正確。2 226

6、SV nV 3 336n SV 3 3334n SVVn VnS VnS16 316 d 3 336n SV 3.將1 mL的純油酸配成500 mL的油酸酒精溶液,待均勻溶解后,用滴管取1 mL油酸酒精溶液,讓其自然滴出,共200滴,則每滴油酸酒精溶液的體積為 mL?，F(xiàn)在讓其中一滴落到盛水的淺盤內(nèi),待油膜充分展開(kāi)后,測(cè)得油膜的面積為200 cm2,則估算油酸分子的直徑是 m(保留一位有效數(shù)字)。答案 0.005 510-10 解析每滴油酸酒精溶液的體積為V= mL=0.005 mL;每滴油酸酒精溶液中含有的純油酸的體積為V=V=110-5 mL。油酸分子的直徑是d=510-10 m。12001

7、500VS 4.某同學(xué)在進(jìn)行“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)前,查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)得知:油酸的摩爾質(zhì)量M=0.283 kgmol-1,密度=0.895103 kgm-3。若100滴油酸的體積為1 mL,則1滴油酸所能形成的單分子油膜的面積約是多少?(取NA=6.021023 mol-1,球的體積V與直徑D的關(guān)系為V=D3,結(jié)果保留一位有效數(shù)字)答案 110 m 2解析一個(gè)油酸分子的體積V=,由V=D3可得D=。一滴油酸的體積為 mL=10-8 m3 16AMN 63 6MNA 1100最大面積S=,解得S=110 m 2。8 31 10D m 典例1 (1)在做“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)時(shí),已

8、經(jīng)準(zhǔn)備的器材有:油酸酒精溶液、滴管、淺盤和水、玻璃板、彩筆,要完成本實(shí)驗(yàn),還欠缺的器材有 。(2)在用油膜法粗測(cè)分子直徑的實(shí)驗(yàn)中,在哪些方面作了理想化的假設(shè): ;實(shí)驗(yàn)中滴在水面的是油酸酒精溶液而不是純油酸,且只能滴一滴,這是因?yàn)?;在將油酸酒精溶液滴向水面前,要先在水面上均勻撒些痱子粉,這樣做是為了 。(3)下圖反映“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)中的4個(gè)步驟,將它們按操作先后順序排列應(yīng)是 (用符號(hào)表示)。重 難 突 破一、實(shí)驗(yàn)原理與操作 (4)在做“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中,已知實(shí)驗(yàn)室中使用的油酸酒精溶液的體積濃度為A,又用滴管測(cè)得N滴這種油酸酒精溶液的總體積為V,將一滴這種溶液滴在淺盤

9、中的水面上,在玻璃板上描出油膜的邊界線,再把玻璃板放在畫(huà)有邊長(zhǎng)為a的正方形小格的紙上,如圖所示,測(cè)得油膜占有的 小正方形個(gè)數(shù)為x。用以上字母表示油酸分子直徑的大小d= ;從圖中數(shù)得油膜占有的小正方形個(gè)數(shù)為x= 。 (2)見(jiàn)答案。(3)由實(shí)驗(yàn)可知正確操作順序?yàn)閐acb。(4)一滴純油酸的體積為,這滴油酸在水面上散開(kāi)的面積為xa2,則d=。由圖中可數(shù)出油膜占有小正方形個(gè)數(shù)約為110個(gè)。答案 (1)量筒、痱子粉、坐標(biāo)紙、試劑瓶(2)將油膜看成單分子膜,將油酸分子看做球形,認(rèn)為油酸分子是一個(gè)緊挨一個(gè)的純油酸粘滯力較大,直接測(cè)量體積時(shí)誤差太大界定油膜大小的邊界AVN2VANxa解析 (1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,

10、所缺的器材為量筒、痱子粉、坐標(biāo)紙、試劑瓶。(3)dacb(4)110(108112均正確) 2VANxa 二、數(shù)據(jù)處理與誤差分析 典例2油酸酒精溶液的濃度為每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL,現(xiàn)用滴管向量筒內(nèi)滴加50滴上述溶液,量筒中的溶液體積增加了1 mL,若把一滴這樣的油酸酒精溶液滴入足夠大盛水的淺盤中,由于酒精溶于水,油酸在水面展形,穩(wěn)定后形成的油膜的形狀如圖所示。若每一小方格的邊長(zhǎng)為25 mm,試問(wèn):(1)這種估測(cè)方法是將每個(gè)油酸分子視為 模型,讓油酸盡可能地在水面上散開(kāi),則形成的油膜可視為 油膜,這層油膜的厚度可視為油酸分子的 。圖中油酸膜的面積為 m 2;每一滴油酸

11、酒精溶液中含有純油酸體積是 m3;根據(jù)上述數(shù)據(jù),估測(cè)出油酸分子的直徑是 m。(保留兩位有效數(shù)字) (2)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,在距水面約2 cm的位置將一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜,實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到,油膜的面積會(huì)先擴(kuò)張后又收縮了一些,這是為什么呢?請(qǐng)寫(xiě)出你分析的原因: 解析 (1)油膜面積約占70小格,面積約為S=70252510 -6 m2 4.410-2 m2一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積為V=10-6 m3=1.210-11 m3油酸分子的直徑約等于油膜的厚度150 0.61 000 d= m 2.710-10 m(2)主要有兩個(gè)原因:水面受到落下油滴的沖擊,先陷下后又恢復(fù)水平,因此油膜的面積擴(kuò)張;油酸酒精溶液中的酒精一部分揮發(fā),一部分溶于水,使液面收縮。答案 (1)球形單分子直徑 4.410-2 1.210-11 2.710-10(2)見(jiàn)解析VS 1121.2 104.4 10