實(shí)驗(yàn)二十用油膜法估測(cè)油酸分子的大小學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道油膜法估測(cè)油酸分子的大小的原理。2.掌握用油膜法估測(cè)油酸分子的大小的方法。實(shí)驗(yàn)原理與器材實(shí)驗(yàn)操作1.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，用d＝eq\f(V,S)計(jì)算出油膜的厚度，其中V為一滴油酸酒精溶液中所含油酸的體積，S為油膜面積，這個(gè)厚度就近似等于油酸分子的直徑，如圖。2.實(shí)驗(yàn)器材盛水淺盤、注射器(或滴管)、容量瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、彩筆。1.配制油酸酒精溶液，取純油酸1mL，注入500mL的容量瓶中，然后向容量瓶?jī)?nèi)注入酒精，直到液面達(dá)到500mL刻度線為止。2.用注射器(或滴管)將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并記下量筒內(nèi)增加一定體積Vn時(shí)的滴數(shù)n。根據(jù)V0＝eq\f(Vn,n)算出每滴油酸酒精溶液的體積V0。3.向淺盤里倒入約2cm深的水，并將痱子粉或細(xì)石膏粉均勻地撒在水面上。4.用注射器(或滴管)將一滴油酸酒精溶液滴在水面上。5.待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，并將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上。6.將畫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S(求面積時(shí)以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1cm的正方形為單位計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)，不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè))。7.根據(jù)溶液的比例，算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V，并代入公式d＝eq\f(V,S)算出薄膜的厚度d，即為分子直徑。誤差分析1.純油酸體積的計(jì)算引起誤差。2.畫油膜形狀時(shí)不準(zhǔn)確帶來誤差。3.數(shù)格子法本身是一種估算的方法，從而會(huì)帶來誤差?？键c(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作例1在“油膜法估測(cè)分子直徑”的實(shí)驗(yàn)中，我們通過宏觀量的測(cè)量間接計(jì)算微觀量。(1)本實(shí)驗(yàn)利用了油酸分子易在水面上形成________(選填“單層”或“多層”)分子油膜的特性。若將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，這滴溶液中含有純油酸體積為V，形成面積為S的油酸薄膜，則由此可估測(cè)油酸分子的直徑為________。(2)某同學(xué)實(shí)驗(yàn)中先取一定量的無水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液，測(cè)量并計(jì)算一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積后，接著又進(jìn)行了下列操作：A.將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地?cái)U(kuò)展為形狀穩(wěn)定的油酸薄膜B.將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上計(jì)算油酸薄膜的面積C.將玻璃板蓋到淺水盤上，用彩筆將油酸薄膜的輪廓畫在玻璃板上D.向淺盤中倒入約2cm深的水，將痱子粉均勻地撒在水面上以上操作的合理順序是________(填字母代號(hào))。(3)該同學(xué)做完實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)自己所測(cè)的分子直徑d明顯偏大。出現(xiàn)這種情況的原因可能是________。A.將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計(jì)算B.油酸酒精溶液長(zhǎng)時(shí)間放置，酒精揮發(fā)使溶液的濃度發(fā)生了變化C.水面上痱子粉撒得太多，油膜沒有充分展開D.計(jì)算油膜面積時(shí)，將不完整的方格作為完整方格處理答案(1)單層eq\f(V,S)(2)DACB(3)AC解析(1)本實(shí)驗(yàn)利用了油酸分子易在水面上形成單層分子油膜的特性。若將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，這滴溶液中含有純油酸體積為V，形成面積為S的油酸薄膜，則由此可估測(cè)油酸分子的直徑為d＝eq\f(V,S)。(2)實(shí)驗(yàn)中先在淺盤中倒入約2cm深的水，將痱子粉均勻地撒在水面上；然后將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地?cái)U(kuò)展為形狀穩(wěn)定的油酸薄膜；將玻璃板蓋到淺水盤上，用彩筆將油酸薄膜的輪廓畫在玻璃板上；將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上計(jì)算油酸薄膜的面積。則合理的順序是DACB。(3)該同學(xué)做完實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)自己所測(cè)的分子直徑d明顯偏大。根據(jù)d＝eq\f(V,S)可知，將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計(jì)算，則V偏大，測(cè)得的分子直徑d偏大，選項(xiàng)A正確；油酸酒精溶液長(zhǎng)時(shí)間放置，酒精揮發(fā)使溶液的濃度變大，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理仍然按照揮發(fā)前的濃度計(jì)算，即算出的純油酸的體積偏小，則測(cè)得的分子直徑偏小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；水面上痱子粉撒得太多，油膜沒有充分展開，則S的測(cè)量值偏小，分子直徑測(cè)量值偏大，選項(xiàng)C正確；計(jì)算油膜面積時(shí)，將不完整的方格作為完整方格處理，則S測(cè)量值偏大，分子直徑測(cè)量值偏小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2巴蜀中學(xué)高二年級(jí)某學(xué)習(xí)小組用油膜法估測(cè)油酸分子的大小，實(shí)驗(yàn)中他們向1mL純油酸中添加酒精，配得油酸酒精溶液總體積為500mL，接著用注射器向量筒內(nèi)滴加80滴上述溶液，量筒中的溶液體積增加了1mL，把1滴這樣的溶液滴入盛水的淺盤里，把玻璃板蓋在淺盤上并描出油膜的輪廓，如圖1所示。圖1(1)已知每一個(gè)小正方形的邊長(zhǎng)為20mm，則該油酸薄膜的面積為________m2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。(2)油酸分子的直徑是________m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。(3)用注射器測(cè)得80滴油酸酒精的溶液為1mL，不小心錯(cuò)記錄為81滴，導(dǎo)致最終估測(cè)出的油酸分子直徑________(選填“偏大”或“偏小”)。答案(1)3.0×10－2(2)8.3×10－10(3)偏小解析(1)由題圖可讀出超過半格的格數(shù)約為75小格，則油膜面積為S＝75×20×20×10－6m2＝3.0×10－2m2。(2)1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V＝eq\f(1,500)×eq\f(1,80)mL＝2.5×10－5mL油酸分子的直徑為d＝eq\f(V,S)＝eq\f(2.5×10－11,3.0×10－2)m≈8.3×10－10m。(3)用注射器測(cè)得80滴油酸酒精的溶液為1mL，不小心錯(cuò)記錄為81滴，則所得一滴酒精油酸溶液的體積將偏小，從而使油酸的體積偏小，最終導(dǎo)致所測(cè)分子直徑偏小。(2024·北京海淀區(qū)模擬)用油膜法估測(cè)油酸分子的大小，利用“油膜法估測(cè)分子直徑”實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了通過對(duì)宏觀量的測(cè)量來實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀量的間接測(cè)量的方法。圖2(1)甲同學(xué)配制好油酸酒精溶液，并測(cè)出一滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積為V，之后又進(jìn)行了下列操作，其中錯(cuò)誤的一項(xiàng)是________；其余正確操作的合理順序是________。A.將一滴純油酸滴到水面上，讓它在水面上自由地?cái)U(kuò)展為油酸膜B.將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，讓它在水面上自由地?cái)U(kuò)展為油酸膜C.向淺盤中倒入約2cm深的水，將痱子粉均勻地撒在水面上D.將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上計(jì)算出油酸膜的面積S。再根據(jù)d＝eq\f(V,S)估算出油酸分子的直徑E.將玻璃板蓋到淺盤上，用彩筆將油酸膜的輪廓畫在玻璃板上(2)乙同學(xué)在做“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)時(shí)，將6mL的油酸溶于酒精中制成104mL的油酸酒精溶液。用注射器取適量溶液滴入量筒，測(cè)得每滴入75滴，量筒內(nèi)的溶液增加1mL。用注射器把1滴這樣的溶液滴入表面撒有痱子粉的淺盤中，把玻璃板蓋在淺盤上并描出油酸膜邊緣輪廓，如圖3所示。已知玻璃板上正方形小方格的邊長(zhǎng)為1cm，則油酸膜的面積約為______m2(保留2位有效數(shù)字)。由以上數(shù)據(jù)，可估算出油酸分子的直徑約為______m(保留2位有效數(shù)字)。圖3(3)丙同學(xué)將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計(jì)算，導(dǎo)致最終測(cè)出的油酸分子直徑________(選填“偏大”或“偏小”)。(4)在用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)中，已知純油酸的摩爾質(zhì)量為M，密度為ρ，一滴油酸酒精溶液中含純油酸的質(zhì)量為m，一滴油酸酒精溶液滴在水面上擴(kuò)散后形成的純油酸油膜最大面積為S，阿伏加德羅常數(shù)為NA。以上各量均采用國(guó)際單位制，對(duì)于油酸分子的直徑和分子數(shù)量有如下判斷：①油酸分子直徑d＝eq\f(M,ρS)②油酸分子直徑d＝eq\f(m,ρS)③一滴油酸酒精溶液中所含油酸分子數(shù)n＝eq\f(M,m)NA④一滴油酸酒精溶液中所含油酸分子數(shù)n＝eq\f(m,M)NA以上判斷正確的是________。A.①和③ B.①和④C.②和④ D.②和③答案(1)ACBED(2)1.1×10－27.3×10－10(3)偏大(4)C解析(1)為了使得油膜形成單分子油膜層，實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要將油酸進(jìn)行稀釋，不能直接將一滴純油酸滴到水面上，讓它在水面上自由地?cái)U(kuò)展為油酸膜，A錯(cuò)誤，符合題意。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先向淺盤中倒入約2cm深的水，將痱子粉均勻地撒在水面上，再將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，讓它在水面上自由地?cái)U(kuò)展為油酸膜，隨后將玻璃板蓋到淺盤上，用彩筆將油酸膜的輪廓畫在玻璃板上，最后將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上計(jì)算出油酸膜的面積S。再根據(jù)d＝eq\f(V,S)估算出油酸分子的直徑。即正確操作的合理順序是CBED。(2)利用數(shù)格子的方法，油酸膜的面積約為S＝112×1×10－2×1×10－2m2＝1.1×10－2m2滴這樣的溶液中的純油酸體積為V＝eq\f(1,75)×eq\f(6,104)×10－6m3＝8×10－12m3則估算出油酸分子的直徑約為d＝eq\f(V,S)＝eq\f(8×10－12,1.1×10－2)m＝7.3×10－10m。(3)由于d＝eq\f(V,S)，若將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計(jì)算，體積偏大，則所測(cè)的分子直徑d明顯偏大。(4)由于一滴油酸酒精溶液中含純油酸的質(zhì)量為m，則該純油酸的體積為V＝eq\f(m,ρ)，根據(jù)d＝eq\f(V,S)，解得d＝eq\f(m,ρS)，則①錯(cuò)誤，②正確；一滴純油酸的物質(zhì)的量為n0＝eq\f(m,M)，一滴油酸酒精溶液中所含油酸分子數(shù)n＝n0NA，解得n＝eq\f(m,M)NA，③錯(cuò)誤，④正確，故選C。1.在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中：(1)“將油酸分子看成球形”采用的方法是________。A.理想模型法 B.等效替代法C.控制變量法 D.微量放大法(2)有下列實(shí)驗(yàn)步驟：①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(shí)的滴數(shù)，由此計(jì)算出一滴油酸酒精溶液的體積；②往邊長(zhǎng)約為40cm的淺盤里倒入約2cm深的水，待水面穩(wěn)定后將適量的爽身粉均勻地撒在水面上；③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；④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；⑤將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標(biāo)紙上，計(jì)算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和油膜的面積計(jì)算出油酸分子直徑的大小。(3)某老師將一滴油酸酒精溶液滴入事先灑有均勻爽身粉的水槽中，待油膜充分散開后，在玻璃板上描出油膜的輪廓，該油膜的面積是8.0×10－3m2；已知油酸酒精溶液中油酸濃度為0.2%，400滴油酸酒精溶液滴入量筒后的體積是1.2×10－6m3，則油酸分子直徑為________m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。答案(1)A(3)7.5×10－10解析(1)“將油酸分子看成球形”采用的方法是理想模型法，故選A。(3)一滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積V＝eq\f(1.2×10－6×0.2%,400)m3＝6×10－12m3分子直徑d＝eq\f(V,S)＝eq\f(6×10－12,8.0×10－3)m＝7.5×10－10m。2.(2024·河南鄭州模擬)如圖1在“油膜法估測(cè)分子直徑”的實(shí)驗(yàn)中，我們可以通過宏觀量的測(cè)量間接計(jì)算微觀量。圖1(1)某同學(xué)實(shí)驗(yàn)中先配制一定濃度的油酸酒精溶液，接著又進(jìn)行了下列操作，操作的合理順序是________(填字母代號(hào))。A.將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地?cái)U(kuò)展為形狀穩(wěn)定的油酸薄膜B.將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上并計(jì)算油酸薄膜的面積C.將玻璃板蓋到淺水盤上，用彩筆將油酸薄膜的輪廓畫在玻璃板上D.向淺盤中倒入約2cm深的水，將痱子粉均勻地撒在水面上(2)實(shí)驗(yàn)中，若測(cè)量并計(jì)算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積為2.5×10－11m3，測(cè)量并計(jì)算出油膜的面積為4.0×10－2m2，則油酸分子的直徑為________m(計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。(3)該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，水面上痱子粉撒得太多，使得油膜沒有充分展開，這種情況會(huì)導(dǎo)致分子直徑d的測(cè)量結(jié)果__________真實(shí)值(選填“大于”“小于”或“等于”)。答案(1)DACB(2)6.3×10－10(3)大于解析(1)實(shí)驗(yàn)操作的合理順序是DACB。(2)一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積為V0＝2.5×10－11m3，測(cè)量并計(jì)算出油膜的面積為S＝4.0×10－2m2，則油酸分子的直徑為d＝eq\f(V0,S)＝eq\f(2.5×10－11,4.0×10－2)m＝6.3×10－10m。(3)該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，水面上痱子粉撒得太多，使得油膜沒有充分展開，則油酸溶液在水面上形成的油膜面積偏小，由d＝eq\f(V0,S)可知，這種情況會(huì)導(dǎo)致分子直徑d的測(cè)量結(jié)果大于真實(shí)值。3.(2024·浙湘豫三省高中名校聯(lián)合體聯(lián)考)在“油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中(1)下列說法正確的是________。A.測(cè)量一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積時(shí)，可以用注射器擠出一滴油酸滴入燒杯中，觀察注射器上的體積變化B.測(cè)量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面積時(shí)，如果不使用爽身粉，也可以在水中加入紅墨水后混合均勻，再滴入一滴油酸酒精溶液C.實(shí)際的油酸分子是球形的，因此通過計(jì)算得到的油酸分子直徑即是球的直徑D.計(jì)算油酸分子的大小時(shí)，認(rèn)為水面油酸為單分子層且認(rèn)為分子間緊密排布(2)①若實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，撒入的爽身粉過多，導(dǎo)致油酸分子未形成單分子層，則計(jì)算得到的油酸分子直徑將__________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)；②若實(shí)驗(yàn)中使用的油酸酒精溶液是經(jīng)久置的，則計(jì)算得到的油酸分子直徑將__________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。(3)某次實(shí)驗(yàn)中將1mL的純油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液，用注射器測(cè)得1mL溶液為80滴，再滴入1滴這樣的溶液到準(zhǔn)備好的淺盤中，描出的油膜輪廓如圖2所示，每格邊長(zhǎng)是0.5cm，根據(jù)以上信息，可估算出油酸分子的直徑約為________m(計(jì)算結(jié)果保留1位有效數(shù)字)。圖2答案(1)D(2)①偏大②偏小(3)7×10－10解析(1)測(cè)量一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積時(shí)，至少要測(cè)量50滴到100滴油酸酒精溶液的體積，然后計(jì)算一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；測(cè)量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面積時(shí)，使用爽身粉才能看出油膜的輪廓，在水中加入紅墨水后混合均勻不能看出油膜的輪廓，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)只是把油酸分子看作是球形的理想模型，實(shí)際的油酸分子不是球形的，因此通過計(jì)算得到只是將油酸分子看成是球形時(shí)的油酸分子直徑，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；計(jì)算油酸分子的大小時(shí)，認(rèn)為水面油酸為單分子層且認(rèn)為分子間緊密排布，選項(xiàng)D正確。(2)①若實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，撒入的爽身粉過多，導(dǎo)致油酸分子未形成單分子層，則油膜面積的測(cè)量值偏小，根據(jù)d＝eq\f(V,S)則計(jì)算得到的油酸分子直徑將偏大；②若實(shí)驗(yàn)中使用的油酸酒精溶液是經(jīng)久置的，在溶液中的油酸濃度會(huì)偏大，實(shí)際計(jì)算時(shí)仍按原來的濃度計(jì)算，則計(jì)算得到的油酸分子直徑將偏小。(3)一滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積為V＝eq\f(1,5000)×eq\f(1,80)mL＝2.5×10－6mL油膜的面積為S＝140×0.5×0.5cm2＝35cm2分子直徑d＝eq\f(V,S)＝eq\f(2.5×10－6×10－6,35×10－4)m＝7×10－10m。4.(1)如圖3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)。圖3(2)在做“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，將油酸溶于酒精，其濃度為每1000mL溶液中有0.6mL油酸。用注射器測(cè)得1mL上述溶液有75滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，畫出油膜的形狀，如圖4所示，坐標(biāo)紙中正方形方格的邊長(zhǎng)為1cm，試求：圖4①油酸膜的面積約為________cm2；②每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是________(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)；③按以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估測(cè)出油酸分子的直徑是________m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。(3)若阿伏加德羅常數(shù)為NA，油酸的摩爾質(zhì)量為M。油酸的密度為ρ。則下列說法正確的是________。A.1kg油酸所含有分子數(shù)為ρNAB.1m3油酸所含分子數(shù)為eq\f(ρNA,M)C.1個(gè)油酸分子的質(zhì)量為eq\f(NA,M)D.油酸分子的直徑約為eq\f(\r(3,6M),ρNA)答案(1)bcad(2)①1.3×102②8.0×10－12m3③6.1×10－10(3)B解析(1)用“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)步驟為：配制油酸酒精溶液→測(cè)定一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積→準(zhǔn)備淺水盤→形成油膜→描繪油膜邊緣→測(cè)量油膜面積→計(jì)算分子直徑。因此操作先后順序排列應(yīng)是bcad。(2)①圖中油膜中大約有132個(gè)小方格，則油酸膜的面積為S＝132×12cm2＝132cm2≈1.3×102cm2。②每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積為V0＝eq\f(0.6,1000)×eq\f(1×10－6,75)m3＝8.0×10－12m3③油酸分子的直徑為d＝eq\f(V0,S)＝eq\f(8×10－12,132×10－4)m≈6.1×10－10m。(3)1kg油酸所含有分子數(shù)為n＝eq\f(1,M)NA＝eq\f(NA,M)，故A錯(cuò)誤；1m3油酸所含分子數(shù)為n＝eq\f(1,\f(M,ρ))NA＝eq\f(ρNA,M)，故B正確；1個(gè)油酸分子的質(zhì)