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第一章 分子動理論
1.2 實驗：用油膜法估測油酸分子的大小
選擇性必修3
分子十分微小。以水為例，一個直徑為10-3 mm 左右的水珠，它的大小與細(xì)菌差不多，用肉眼無法觀察，就是在這樣小的水珠里，分子的個數(shù)竟比地球上人口的總數(shù)還多上好幾倍！既然分子的直徑這么小，我們用什么方法測量呢？
思考與討論
怎么測量一個泡沫顆粒的直徑？
取一定量的泡沫，測出它的體積V，然后把它平攤在桌面上，上下不重疊，一個緊挨一個，量出這些泡沫小球占據(jù)桌面的面積S，從而計算出泡沫小球的直徑。
由于顆粒之間存在間隙，所以我們只是粗略得到泡沫顆粒的直徑。
想一想
先測出油酸的體積V，然后將這些油酸滴到水面上，油酸散開形成單分子層，測出油層面積S。
若把分子看成球形，則油膜的厚度近似等于油分子的直徑。
那么又如何測量油酸分子的直徑？
構(gòu)建模型
油酸的分子式為C17H33COOH，無色透明。根據(jù)油酸分子的特性，油酸分子中的一部分是羧基—COOH對水有較強(qiáng)的親和力，而另一部分烴基C17H33—對水沒有親和力，要冒出水面。因此，油酸分子會一個個地直立在水面上形成單分子油膜。
那么油酸滴在水面上能形成單分子油膜嗎？
一、實驗思路
把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，水面上會形成一層油膜，油膜是由單層油酸分子（C17H33COOH）中的烴基C17H33-組成。
水
油酸分子
d
把分子簡化為球形處理，并認(rèn)為它們緊密排布，測出油膜的厚度d，它就相當(dāng)于分子的直徑，即油酸分子的直徑等于1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V與它在水面上攤開的面積S之比。
1.測量一滴溶液中純油酸的體積V
①配制一定濃度的油酸酒精溶液。
可以向1mL油酸中加酒精，直至總量達(dá)到500mL。
③求出1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V。
二、物理量的測量
油酸酒精濃度=
1500(0.2%)
?
1滴油酸酒精的體積V ' =
1????????????
?
1滴油酸的體積V=油酸酒精的總體積總滴數(shù) ×油酸酒精溶液濃度
?
②計算一滴油酸酒精溶液的體積V '。
用膠頭滴管往量筒中滴入1mL配置好的油酸酒精溶液，記下滴入量筒的滴數(shù)N。
(1)在淺盤里盛上約2cm深的水，一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另一只手拍打，將爽身粉均勻地撒在水面上；
(2)用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液形成一塊有輪廓的油膜；
(3)待油膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的帶有坐標(biāo)方格的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描下薄膜的形狀。
二、物理量的測量
2.測量一滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積S

撒粉目的：便于觀察所形成的油膜的輪廓，但是要適量，否則會影響油膜的擴(kuò)散
(4)互補(bǔ)法求面積: 根據(jù)畫有油膜輪廓的玻璃板上的坐標(biāo)方格，計算輪廓范圍內(nèi)正方形的個數(shù)。
不足半個的舍去
多于半個的算一個
互補(bǔ)法
假設(shè)每個格子邊長是a，如果數(shù)得n個格子：
s=na2
二、物理量的測量
2.測量一滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積S

根據(jù)實驗記錄數(shù)據(jù)，填在下面表格中
三、數(shù)據(jù)分析
實驗結(jié)論：
除了一些有機(jī)物質(zhì)的大分子外，多數(shù)分子大小的數(shù)量級為10－10 m。
四、實驗步驟:
1.配制溶液（稀釋）
2.精測一滴液體體積
3.水盤取水，撒痱子粉
4.滴一滴溶液形成單層表面薄膜
5.描油膜形狀
6.數(shù)格數(shù)(不足半個的舍去，多于半個的算一個)，計算油膜面積
7.求分子直徑
四、實驗步驟:
五、注意事項
①油酸酒精溶液配制后，不要長時間放置，以免濃度改變，產(chǎn)生誤差；
②實驗前應(yīng)注意確保淺盤已清洗干凈，否則難以形成油膜；
③淺盤中的水應(yīng)保持靜止?fàn)顟B(tài)，爽身粉應(yīng)均勻撒在水面上，爽身粉不能撒的太厚（適量），否則會導(dǎo)致油酸分子無法形成單分子油膜；
④向水面滴油酸酒精溶液時，應(yīng)靠近水面，不能離水面太高，否則油膜難以形成；
⑤待油酸薄膜穩(wěn)定后再畫油酸薄膜的形狀；
⑥本實驗只要求估算分子大小，實驗結(jié)果的數(shù)量級符合要求即可。
六、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
①油膜形狀的畫線誤差；
②數(shù)格子法本身是一種估算的方法，自然會帶來誤差。
1.實驗中為什么不直接用純油酸而是用被稀釋過的油酸酒精溶液？
如果直接用純油酸，一方面，油酸分子間作用力較大，不容易被分散，不易形成單分子油膜。另一方面，一滴純油酸在水面展開的面積比我們所用容器面積大得多。
稀釋后,使得一滴溶液中油酸含量很少，有利于油酸在水面上形成單分子油膜且展開的面積小。
由于油酸溶于酒精，酒精也易溶于水，不會對實驗造成影響。因此，我們往往使用酒精來稀釋油酸。
想一想
2.在用油膜法測定分子的直徑時，實際上做了理想化處理，那么，有哪些地方做了理想化處理？
(1)把滴在水面上的油酸層當(dāng)作單分子油膜層；
(2)把分子看成球形；
(3)油酸分子一個緊挨一個整齊排列。
水面上單分子油膜的示意圖
油酸分子
想一想
例1.某同學(xué)在做“用油膜法估測油酸分子大小”實驗時，發(fā)現(xiàn)測出的油酸分子直徑偏大，可能的原因是（　　）
A
A．爽身粉灑得太厚
B．用注射器測量一滴溶液的體積時，將溶液的滴數(shù)數(shù)多了
C．所用油酸酒精溶液擱置時間太長
D．?dāng)?shù)油膜覆蓋的方格數(shù)時，不足半個的未舍去
例2、在做“用油膜法測分子的大小”實驗時，每104mL油酸酒精溶液中有純油酸6mL。一注射器測得75滴這樣的溶液為1mL。把一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畫出油酸膜輪廓，如圖所示。圖中正方形小方格的邊長為1cm。
1）1滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？
2）油酸膜的面積是多少？
3）按以上數(shù)據(jù)，估算油酸分子的大小。
2)由圖可知，油酸大約占108個小格，則油酸面積為
S=108×10-4m2
3)油酸分子直徑
1）一滴油酸酒精溶液所含純油酸的體積為V,則
解：

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