資源簡介

實驗十三: 用油膜法估測分子的大小
一、實驗目的
1．用油膜法估測分子的大小
2．加深對分子動理論基本內容的理解
3．學會間接測量微觀量的方法
二、實驗原理
1．實驗采用使油酸在水面上形成一層單分子油膜的方法估測分子的大小。
2．油酸的分子式為C17H33COOH，它的一個分子可以看成由兩部分組成：一部分是C17H33——，另一部分是——COOH,其中——COOH對水有很強的親和力，當把一滴用酒精稀釋過的油酸滴在水面上時，油酸就在水面上散開，其中的酒精溶于水并很快揮發，在水面上形成近似圓形的一層純油酸薄膜，其中C17H33——一部分冒出水面而——COOH部分留在水中，油酸分子直立在水面上，形成一個單分子油膜。
3．單分子油膜法粗測分子直徑的原理，類似于取一定量的小米，測出它的體積V，然后把它平攤在桌面上，上下不重疊，一粒緊挨一粒，量出這些米粒占據桌面的面積S，從而計算出米粒的直徑。
4．通過測出油滴的體積V及油滴在液面上形成的單分子油膜面積S，運用油酸滴入水面前后的總體積相等，測定分子直徑。
三、實驗器材
淺盤、痱子粉、注射器（或滴管）、量筒、坐標紙、玻璃紙、水彩筆（或鋼筆）、事先配制好的油酸酒精溶液。
四、實驗步驟
1． 先在淺盤中倒入2～3cm深的水，將痱子粉或石膏粉均勻撒在水面上。
2． 用滴管將酒精油酸溶液逐滴滴入量筒至1ml，記下滴入的滴數n，算出一滴油酸溶液的體積V0/滴。
3． 待油酸薄膜形狀穩定后，將玻板放在淺盤上，用水彩筆或鋼筆畫出油膜形狀。
4． 將玻璃放在坐標紙上，算出油膜面積S；或通過數玻璃板上的方格數，算出油膜面積S。
5． 根據溶液濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V。
6． 用一滴純油酸的體積V和薄膜面積S，即可計算出薄膜的厚度d = V/S。
五、數據處理
項目 油酸酒精 溶液濃度 1mL溶液 的滴數 一滴油酸酒精 溶液的體積 一滴油酸 的體積 油膜面積
數值
六、注意事項
1．油酸酒精溶液配制后，不要長時間放置，以免改變濃度，產生誤差。油酸酒精溶液的濃度以小于l‰為宜。
2．注射器針頭高出水面的高度應在1cm之內,當針頭靠近水面(油酸酒精溶液沒滴下之前)時，會發現針頭下方的痱子粉末層已被排開，這是由于針頭中酒精揮發所致，不影響實驗效果.
3．實驗時針管（或滴管）在接近水面1cm左右滴油酸溶液，并且在液面穩定后，畫下液面形狀。
4．在玻璃上畫輪廓線時，要待測油酸面擴散后又收縮穩定后再畫,這是因為：
（1） 水面受油酸酒精溶液液滴擴散沖擊后又要恢復；
（2） 酒精揮發引起的液面收縮.
5．要保證1mL溶液的滴數，準確無誤；要控制滴液滴時的速度，確保液滴體積穩定。
6．在計算面積時，如玻璃板上有直徑1cm的方格，數方格數將不滿半格的舍棄，超過半格的記為一格。
7．油酸酒精溶液的液滴要適當多一些。
8．每次實驗時要讓淺盤中的水穩定后再做。
9．痱子粉不宜撒得過厚，重做實驗時，水要從盤的一側邊緣倒出，這樣殘留在盤上的油酸量少，容易清洗干凈。
七、誤差分析
1．純油酸體積的計算誤差:
2．油膜面積的測量誤差主要是：
（1）油膜形狀的畫線誤差
（2）數格子法本身是一種估算的方法，自然帶來誤差
八、常考題型
1、實驗原理與步驟
2、數據處理與誤差分析
3、實驗改進與創新
例題
題型一：實驗原理與步驟
(
例1.
（★）
利用油膜法估測油酸分子的大小,實驗器材有:濃度為0.05%(體積分數)的油酸酒精溶液\,最小刻度為0.1ml的量筒\,盛有適量清水的45×50cm
2
淺盤\,痱子粉\,橡皮頭滴管\,玻璃板\,彩筆\,坐標紙.
(1)下面是實驗步驟,請填寫所缺的步驟C.
A.用滴管將濃度為0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,記下滴入1 ml
油酸酒精溶液時的滴數N
B.將痱子粉均勻地撒在淺盤內水面上,用滴管吸取濃度為0.05%的油酸酒精溶液,從低處向水面中央一滴一滴地滴入,直到油酸薄膜有足夠大的面積又不與器壁接觸為止,記下滴入的滴數n
C.___________________________________________________
D.將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上,以坐標紙上邊長為1cm的正方形為單位,計算輪廓內正方形的個數,算出油酸薄膜的面積S
(2)用已給的和測得的物理量表示單個油酸分子的大小________(單位:cm)
)
【考點】實驗原理與操作
【解析】本題考查油膜法測油酸分子直徑的步驟及數據處理方法.
(1)將玻璃板放在淺盤上,用彩筆將油酸薄膜的形狀畫在玻璃板上.
(2)每滴油酸酒精溶液的體積為
n滴油酸酒精溶液所含純油酸的體積為
所以單個油酸分子的大小為.
【答案】(1)將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將油酸薄膜的形狀畫在玻璃板上.
(2)
【教學建議】準確掌握實驗基本步驟
(
例2.
（★）（1）用油膜法估測分子的大小時有如下步驟：
A．將玻璃板放在淺盤上，然后將油酸膜的形態用彩筆畫在玻璃板上；
B．將油酸和酒精按一定比例配制好；
C．向淺盤中倒入約2cm深的水；
D．把酒精油酸溶液一滴一滴滴入量筒中，當體積達到1mL時記下滴入的滴數，算出每滴液滴的體積；
E．向淺盤中的水面均勻地撒入石膏粉（或痱子粉）；
F．把一滴酒精油酸溶液滴在水面上，直至薄膜形態穩定；
G．把玻璃放在方格紙上，數出薄膜所占面積；
H．計算出油膜的厚度
把以上各步驟按合理順序排列如下：
；
（2）將1mL油酸溶于499mL酒精溶液中制成油酸酒精溶液，取1mL用注射器滴出130滴，將1滴這種溶液滴在淺盤的水面上，測出油酸膜的面積為124cm
2
，則油酸分子的直徑為
m。
)【考點】實驗原理與操作
【解析】明確實驗步驟
【答案】BDCEFAGH 1.2×10-9；
【教學建議】準確掌握實驗基本步驟
(
例3.
（★）
油酸酒精溶液的濃度為每1000 mL油酸酒精溶液中有油酸
0.6 mL，現用滴管向量筒內滴加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，油酸在水面展開，穩定后形成的油膜的形狀如圖所示．若每一小方格的邊長為25 mm，試問：
(
1
)這種估測方法是將每個油酸分子視為________模型，讓油酸盡可能地在水面上散開，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
；每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸體積是________m
3
；根據上述數據，估測出油酸分子的直徑是________m．(結果保留兩位有效數字)
(2)某同學在實驗過程中，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，實驗時觀察到，油膜的面積會先擴張后又收縮了一些，這是為什么呢？
請寫出你分析的原______________________________________________________
)
【考點】實驗原理與操作
【解析】(2)主要有兩個原因：①水面受到落下油滴的沖擊，先陷下后又恢復水平，因此油膜的面積擴張；②油酸酒精溶液中的酒精揮發，使液面收縮
【答案】(1)球體　單分子　直徑　4.4×10－2；1．2×10－11　2.7×10－10
(2)①水面受到落下油滴的沖擊，先陷下后又恢復水平，因此油膜的面積擴張；②油酸酒精溶液中的酒精揮發，使液面收縮
【教學建議】準確掌握實驗基本步驟
題型二：數據處理與誤差分析
(
例4.
（★★）在做用油膜法估測分子大小的實驗中，將油酸溶于酒精，其濃度為每10
4
mL溶液中有6 mL油酸．用注射器測得1 mL上述溶液有75滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩定后，將玻璃板放在淺盤上，用筆在玻璃板上描出油酸的輪廓，再把玻璃板放在坐標紙上，其形狀和尺寸如圖所示，坐標中正方形方格的邊長為1 cm，試求：
（1）油酸膜的面積是多少 cm
2
？
（2）每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？
（3）按以上實驗數據估測出油膜分子的直徑。
)
【考點】數據處理與誤差分析
【解析】（1）根據圖形，數得格子數為129個，那么油膜面積是S=129×1cm2=129cm2
(2)根據已知條件可知，1 mL溶液中有75滴，1滴溶液的體積是mL，又已知每104 mL溶液中有純油酸6mL， mL溶液中純油酸的體積是：V=mL=8×10-6mL.
(3)油酸分子的直徑為：d==cm≈6.2×10-10 m.
【答案】（1）129cm2 (2)8×10-6ML (3)6.2×10-10m
【教學建議】明確實驗原理和數據處理
(
例5.
（★★）某同學在用油膜法估測分子直徑實驗中,計算結果明顯偏大,可能是由于（ ）
A.油酸未完全散開
B.油酸中含有大量酒精
C.計算油膜面積時,舍去了所有不足一格的方格
D.求每滴體積時,1 mL的溶液的滴數誤多記了10滴
)【考點】數據處理與誤差分析
【解析】由d=可知，測得的直徑明顯偏大的原因可能是將V測大了，也可能是將S測小了，如A、C項均將S測小了，D項將V測小了，而B項油酸中酒精未揮發之前，油膜面積大，測量值應小些，綜上所述，A、C正確，B、D錯誤.
【答案】AC
【教學建議】明確實驗原理和數據處理
(
例6.
（★★★）
在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，已知一滴溶液中油酸的體積為
V
，配制的油酸溶液中純油酸與溶液體積之比為1
∶
500，1 mL油酸溶液50滴，那么一滴溶液的體積是_______mL，所以一滴溶液中油酸體積為
V
＝_______ cm
3
.
若實驗中測得的結果如下表所示，請根據所給數據填寫空白處的數值，并與公認的油酸分子直徑值
d
0
＝5.12×10
－10
m作比較，并判斷此實驗是否符合數量級的要求.
次數
S
(cm
2
)
d
＝
(10
－7
cm)
d
平均值
1
538
2
545
3
563
)
【考點】實驗的改進與創新
【解析】比例公式計算
【答案】　4×10－5　0.743　0.734　0.710　7.29×10－10 m　符合
【教學建議】明確實驗原理和數據處理

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