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第一章 分子動理論的基本觀點
第2節 科學測量：用油膜法估測油酸分子的大小
分子十分微小。以水為例，一個直徑為10-3mm左右的水珠，它的大小與細菌差不多，用肉眼無法觀察，就是在這樣小的水珠里，分子的個數竟比地球上人口的總數還多上好幾倍!
那么，通過什么途徑可以知道分子的大小呢
分子
直徑:10-10m
直徑:10-3mm
水珠
1.知道用分子的球形建立水面上油酸的單分子油膜的模型，并理解單分子油膜測量油酸分子直徑的公式 =。
2.能操作并測量1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積和在水面上形成的油膜的面積。
3.能對測量的數據進行綜合分析和計算，得到油酸分子直徑的數量級。
一、實驗思路
單分子油膜層忽略分子間隙，分子都是球形
1.實驗原理：把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，使油酸在水面上形成單分子油膜，如果把油酸分子簡化成球形，則油膜的厚度即為油酸分子的直徑。
油酸分子
一滴溶液中純油酸的體積
單分子油膜層的面積
油酸分子
2.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、坐標紙。
實驗中，為了使油酸充分展開，獲得一塊單分子油膜，我們需要將油酸在酒精中稀釋后再滴入水中。這樣的油酸酒精溶液滴在水面，溶液中的酒精將溶于水并很快揮發,從而獲得純油酸形成的油膜。
二、物理量的測量
1.測量1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V
(1)配制一定濃度的油酸酒精溶液。
(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度讀取該段溶液的總體積，再把它一滴一滴地滴入燒杯中，記下液滴的總滴數。
(3)用它們的總體積除以總滴數，得到1滴油酸酒精溶液的體積。
(4)根據溶液濃度計算其所含純油酸的體積V。
1滴油酸的體積= ×油酸酒精溶液濃度
2.測量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積S
(1)在淺盤里盛上水，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)待油膜形狀穩定后，將事先準備好的帶有坐標方格的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描下薄膜的形狀
撒爽身粉后，便于觀察所形成的油膜的輪廓.
(4)根據畫有油膜輪廓的玻璃板上的坐標方格，計算輪廓范圍內正方形的個數，不足半個的舍去，多于半個的算一個。
(5)把正方形的個數乘單個正方形的面積就得到油膜的面積S。
四、數據分析
1.用1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V和該油膜面積S計算出油膜厚度，
即油酸分子的直徑
2.除了一些有機物質的大分子外，多數分子大小的數量級為10－10 m
油酸分子
1.實驗前，必須把所有的實驗用具擦洗干凈，實驗時吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分別專用，不能混用，否則會增大誤差，影響實驗結果。
2. 油酸酒精溶液配置好后不要久置，以免濃度改變，給實驗帶來較大的誤差。
3. 向水面滴油酸酒精溶液時，注射器應靠近水面，如果離水面太高，可能無法形成油膜。
五、注意事項
4.待測油酸面擴散后又收縮，要在穩定后再畫輪廓，擴散后又收縮有兩個原因：一是水面受油酸液滴的沖擊凹陷后又恢復；二是酒精揮發后液面收縮。
5.本實驗只要求估算分子大小，實驗結果的數量級符合要求即可。
6.做完實驗后，把水從盤的一側邊緣倒出，并用少量酒精清洗，然后用脫脂棉擦凈，最后用水沖洗，以保持盤的清潔。
1.油酸酒精溶液配制后長時間放置，由于酒精的揮發會導致溶液的濃度改變，從而給實驗帶來較大的誤差。
2.測量油酸酒精溶液的體積時，沒有使用正確的觀察方法而產生誤差。
3.油酸的體積過大，或水面面積過小，不能形成單分子油膜。
4.描繪油膜形狀的畫線誤差。
5.利用小正方形數計算油膜的面積時，輪廓的不規則性容易帶來計算誤差。
6.不考慮油酸分子的空隙，計算分子直徑時的誤差。
六、誤差分析
思考與討論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？
用酒精對油酸進行稀釋有利于獲取更小體積的純油酸，這樣更有利于油酸在水面上形成單分子油膜，同時酒精易揮發，不影響測量結果。
思考與討論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
1.下面哪些措施可以減小“用油膜法估測分子的大小”的實驗的誤差（ ）
A．裝在淺盤中的水用蒸餾水
B．向水中滴油酸酒精溶液液滴時，只要注射器針尖離水面近一些就可以，沒有其他要求
C．在描繪油膜形狀時，透明蓋板要離水面近些
D．在油膜穩定后再描繪油膜的形狀
ACD
2.在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中，下列做法不正確的是(　　)
A.用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，若100滴溶液的體積是1 mL，則1滴溶液中含有油酸小于10－2 mL
B.往淺盤里倒入適量的水，再將痱子粉或細石膏粉均勻地撒在水面上
C.用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，同時將玻璃板放在淺盤上，并立即在玻璃板上描下油酸膜的形狀
D.將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，計算輪廓范圍內正方形的個數，并求得油膜的面積
C
3.某同學所得到的油酸分子直徑的計算結果明顯偏小,可能是由（ ）
A.油酸未完全散開
B.油酸酒精溶液中含有大量酒精
C.計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格
D.在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液時,滴數多數了10滴
D
4.在“用油膜法估測分子大小”實驗中所用的油酸酒精溶液的濃度為1000mL溶液中有純油酸0.6mL，用注射器測得1mL上述溶液為80滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤內，讓油膜在水面上盡可能散開，測得油酸薄膜的輪廓形狀和尺寸如圖所示，圖中每一小方格的邊長為1cm，試求：
（1）油酸薄膜的面積是________cm2；
（2）實驗測出油酸分子的直徑是______________m（結果保留兩位有效數字）；
（3）實驗中為什么要讓油膜盡可能散開？
114
6.6×10－10
這樣做的目的是讓油膜在水面上形成單分子油膜。

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