資源簡介

(共22張PPT)
1.2　科學(xué)測量：用油膜法估測油酸分子的大小
1. 知道實驗原理與設(shè)計思路。
2. 能夠通過實驗計算出油酸分子的大小。
3. 體驗通過油膜法測量油酸分子大小的思想方法。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
一、實驗?zāi)康?br/>1.估測油酸分子大小的數(shù)量級。
2.體驗通過油膜法測量油酸分子大小的思想方法。
二、實驗器材
油酸、酒精、清水、滴管(或注射器)、量筒、筆、爽身粉、玻璃片、淺水盤、坐標(biāo)紙。
三、實驗原理與設(shè)計
油酸是一種脂肪酸，把一滴油酸滴到平靜的水面上，油酸會展開成一片油膜。油膜面積最大且穩(wěn)定時，可近似認(rèn)為是單層油酸分子油膜。若把油酸分子視為球體，則單分子油膜的厚度就近似等于分子的直徑。只要測量出這一滴油酸的體積V和油膜的面積S，就可估算出油酸分子的直徑d＝(如圖所示)。
四、實驗步驟
1.用滴管(或注射器)將配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)溶液增加一定體積(如1 mL)時的滴數(shù)，由此求出一滴油酸酒精溶液的平均體積V。
2.向淺水盤內(nèi)倒入清水，在水面上輕輕而均勻地撒一層爽身粉。用滴管在其上滴一滴油酸酒精溶液，待油層不再擴(kuò)散、形狀穩(wěn)定時，就近似形成了單分子油膜。
3.將玻璃片蓋在淺水盤上，用筆將油膜的輪廓描繪在玻璃片上。
4.將描有油膜輪廓的玻璃片放在坐標(biāo)紙上，算出油膜的面積S。求面積時以坐標(biāo)紙上邊長為1 cm的正方形為單位，數(shù)出輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)(不足半個的舍去，多于半個的算一個)。
5.根據(jù)油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V。根據(jù)油酸的體積V和油膜的面積S算出油酸分子的直徑。
五、數(shù)據(jù)處理
1.一滴油酸溶液的平均體積
＝。
2.一滴油酸溶液中含純油酸的體積
V0＝×油酸溶液的體積比。(體積比＝)
3.油膜的面積S＝n×1cm2。(n為有效格數(shù)，小方格的邊長為1 cm)
4.分子直徑d＝。(代入數(shù)據(jù)時注意單位的統(tǒng)一)
用油膜法估算分子的大小
六、注意事項
1.油酸酒精溶液配制好后不要長時間放置，以免濃度改變，造成較大的實驗誤差。
2.實驗前應(yīng)注意，淺盤是否干凈，否則難以形成油膜。
3.淺盤中的水應(yīng)保持平衡，爽身粉應(yīng)均勻撒在水面上。
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.待測油酸液面擴(kuò)散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓。
七、誤差分析
1.偶然誤差：實驗時配制的油酸酒精溶液的濃度不準(zhǔn)確、油酸在水面展開不完全、油酸面積的計算不準(zhǔn)確都將影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2.系統(tǒng)誤差：實驗中將油酸分子視為球體，與實際分子形體有區(qū)別，實驗只能得到分子直徑的數(shù)量級，而不能得到準(zhǔn)確值。
[例1] 在“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中，以下給出的是可能的操作步驟，把你認(rèn)為正確的步驟前的字母按合理的順序填寫在橫線上________，并補(bǔ)充實驗步驟D的計算式。
A.將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，以坐標(biāo)紙上邊長1 cm的正方形為單位，計算出輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)n。
B.將一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定。
C.用淺盤裝入約2 cm深的水，然后將痱子粉均勻地撒在水面上。
D.用測量的物理量估算出油酸分子的直徑d＝________。
E.用滴管將事先配好的體積濃度為0.05%的油酸酒精溶液逐滴滴入量筒，記下滴入的溶液體積V0與滴數(shù)N。
要點(diǎn)提升一 實驗原理和實驗步驟的理解
F.將玻璃板平放在淺盤上，用彩筆將薄膜的外圍形狀描畫在玻璃板上。
解析：根據(jù)實驗步驟可知合理的順序為ECBFAD。
練1：在“用油膜法估測分子的大小”實驗中，用a mL的純油酸配制成b mL的油酸酒精溶液，再用滴管取1 mL油酸酒精溶液，讓其自然滴出，共n滴。現(xiàn)在讓其中一滴落到盛水的淺盤內(nèi)，待油膜充分展開后，測得油膜的面積為S cm2，則：
(1)估算出油酸分子的直徑大小是________cm。
(2)用油膜法測出油酸分子的直徑后，要測定阿伏伽德羅常數(shù)，還需要知道油酸的________。
A.摩爾質(zhì)量 B.摩爾體積
C.質(zhì)量 D.體積
[例2] “用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗的方法及步驟如下：
①向體積V油＝1 mL的油酸中加酒精，直至總量達(dá)到V總＝500 mL；
②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，當(dāng)?shù)稳雗＝100滴時，測得其體積恰好是V0＝1 mL；
③先往邊長為30～40 cm的淺盤里倒入2 cm深的水，然后將________均勻地撒在水面上；
要點(diǎn)提升二 實驗數(shù)據(jù)的處理
④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的玻璃板放在淺盤上，并在玻璃板上描下油酸膜的形狀；
⑤將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，如圖所示，數(shù)出輪廓范圍內(nèi)小方格的個數(shù)N，小方格的邊長a＝20 mm。
根據(jù)以上信息，回答下列問題：
(1)步驟③中應(yīng)填寫：____________；
(2)1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V′為________ mL；油酸薄膜的面積S約為________ mm2；由此可知，油酸分子的直徑d約為________。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)
(3)某同學(xué)在用油膜法估測油酸分子的大小實驗中，計算結(jié)果明顯偏大，可能是由于________。
A.粉末太薄使油酸邊界不清，導(dǎo)致油膜面積測量值偏大
B.粉末太厚導(dǎo)致油酸未完全散開
C.計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格
D.計算每滴體積時1 mL的溶液滴數(shù)多數(shù)了幾滴
解析：(1)先往邊長為30～40 cm的淺盤里倒入2 cm深的水，然后將痱子粉或爽身粉均勻地撒在水面上。
數(shù)出輪廓范圍內(nèi)小方格的個數(shù)N＝112，油酸薄膜的面積
S＝112×(20)2 mm2≈4.5×104 mm2
(3)粉末太薄使油酸邊界不清，導(dǎo)致油膜面積測量值偏大。據(jù)d＝可得直徑結(jié)果偏小，故A項錯誤；粉末太厚導(dǎo)致油酸未完全散
答案：(1)痱子粉(或爽身粉)　(2)2×10－5　(4.3～4.7)×104　(4.2～4.6)×10－10 m　(3)BC
開，導(dǎo)致油膜面積測量值偏小，據(jù)d＝可得直徑結(jié)果偏大，故B項正確；計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格，導(dǎo)致油膜面積測量值偏小，據(jù)d＝可得直徑結(jié)果偏大，故C項正確；計算每滴體積時1 mL的溶液滴數(shù)多數(shù)了幾滴，導(dǎo)致1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積測量值偏小，據(jù)d＝可得直徑結(jié)果偏小，故D項錯誤。
練2：在做“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，104 mL油酸酒精溶液中有純油酸6 mL。用注射器測得1 mL上述溶液中有50滴。把1滴該溶液滴入撒有痱子粉的盛水的淺盤里，待油膜形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描出油膜的輪廓，然后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀如圖所示，坐標(biāo)紙中正方形小方格的邊長為20 mm。
(1)油膜的面積是多少？
(2)每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？
(3)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估算出油酸分子的直徑。
解析：(1)數(shù)出在油膜輪廓范圍內(nèi)的格子數(shù)(面積大于半個方格的算一個，不足半個方格的舍去不算)為58個，油膜面積約為S＝58×(0.02)2 m2＝2.32×10－2 m2。
答案：(1)2.32×10－2 m2　(2)1.2×10－11 m3　(3)5.2×10－10 m

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