第3讲实验用油膜法测分子的大小讲义整理.docx
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第3讲实验用油膜法测分子的大小讲义整理
第3讲 实验：
用油膜法测分子的大小
见学生用书P198
微知识1实验目的
1．估测油酸分子的大小。
2．学习间接测量微观量的原理和方法。
微知识2实验原理
利用油酸的酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜（如图所示），将油酸分子看做球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用d＝
计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积。
这个厚度就近似等于油酸分子的直径。
微知识3实验器材
盛水浅盘、滴管（或注射器）、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。
微知识4实验步骤
1．用滴管（或注射器）将油酸酒精溶液滴入量筒，数出每毫升油酸酒精溶液的滴数，算出每滴液滴体积的平均值。
2．把洗干净的浅盘水平放置，倒入约2cm深的水。
用纱网（或粉扑）将适量的痱子粉（或石膏粉）轻轻撒在水面上。
3．用滴管（滴管距离水面约1cm）将一滴油酸酒精溶液轻轻滴入水面中央，待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下油酸膜的形状。
4．将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算轮廓范围内正方形小方格的个数（不足半格的舍去，多于半格的算一个格），估测出油膜的面积，估算油酸分子的直径。
5．清洗浅盘，擦去玻璃板上的油膜轮廓线，重复做2次至3次实验。
微知识5数据处理
根据上面记录的数据，完成以下两个表格内容。
微知识6注意事项
1．实验前，必须将所有的实验用具擦洗干净。
实验时，吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大实验误差。
2．痱子粉和油酸的用量都不可太大，否则不易成功。
3．油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜，不宜长时间放置。
4．浅盘中的水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直。
5．油酸在水面上形成油膜时先扩散后收缩，要在稳定后再画轮廓。
扩散后又收缩的原因有两个：
一是水面受液滴冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后，油膜回缩。
6．滴油酸酒精溶液的滴口应在离水面1cm之内，否则油膜难于形成。
7．因为水和油酸都是无色透明的液体，所以要用痱子粉来显示油膜的边界。
注意要从盘的中央加痱子粉。
由于加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开，同时粉粒之间又存在着排斥作用，粉会自动扩散至均匀。
这样做，比将粉撒在水面上的实验效果要好；撒痱子粉后，不要再触动盘中的水。
8．当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸。
为防止影响下次实验时油酸的扩散和油膜面积的测量，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁。
9．本实验只要求估算分子的大小，实验结果数量级符合要求即可。
微知识7误差分析
1．油酸酒精溶液配制后长时间放置，溶液的浓度容易改变，会给实验带来较大误差。
2．利用小格子数计算轮廓面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。
为减小误差，不足半个格子的舍去，多于半个格子的算一个。
方格边长的单位越小，计算出的面积越精确。
3．测量量筒内溶液增加1mL的滴数时，注意正确的观察方法。
4．油膜形状的画线误差。
一、思维辨析（判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
）
1．油膜法测分子直径实验的原理关系式为d＝
，其中V指一滴油酸溶液的体积，S指油膜的面积。
（×）
2．用数格子的方法计算油膜面积时，多于半格的算一个，少于半格舍去。
（√）
二、对点微练
1．（实验原理和操作）“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下：
A．将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数（不足半个的舍去，多于半个的算一个），再根据方格的边长求出油膜的面积S
B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上
C．用浅盘装入约2cm深的水
D．用公式d＝
求出薄膜厚度，即油酸分子的大小
E．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V
（1）上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完全，请指出：
①_________________________________________________。
②_________________________________________________。
（2）上述实验步骤的合理顺序是__________。
解析
（1）①C步骤中，要在水面上均匀地撒上细石膏粉或痱子粉。
②实验中，要有步骤F：
用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时的滴数。
（2）合理顺序为CFBAED。
答案
（1）见解析
（2）CFBAED
2．（数据处理）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每104mL溶液中有6mL油酸。
用注射器测得1mL上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和大小如图所示，坐标中正方形方格的边长为1cm，求：
（1）油酸膜的面积是多少？
（2）每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？
（3）按以上实验数据估测出油酸分子的直径。
解析
（1）根据题图，数得格子数为129个，那么油膜
面积是S＝129×1cm2＝129cm2。
（2）根据已知条件可知，1mL溶液中有75滴，1滴溶液的体积是
mL。
又已知每104mL溶液中有纯油酸6mL，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是V＝
mL＝8×10－6mL。
（3）油酸分子的直径为
d＝
＝
cm≈6.2×10－10m。
答案
（1）129cm2
（2）8×10－6mL （3）6.2×10－10m
见学生用书P199
微考点 实验操作和数据处理
核|心|微|讲
本实验中处理数据要注意两点：
一是根据体积比计算出一定体积的油酸酒精溶液中纯油酸的体积；二是计算油膜面积时，必须遵循“数格子法”的原则，即不足半个的舍去，多于半个的算一个。
典|例|微|探
【例】 油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.6mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图所示。
若每一小方格的边长为25mm，则：
（1）这种估测方法是将每个油酸分子视为__________模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为________油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的________。
图中油酸膜的面积为________m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为________m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径为________m。
（结果均保留两位有效数字）
（2）某同学在实验过程中，在距水面约2cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？
请写出你分析的原因：
__________________________。
【解题导思】
（1）油膜法测分子大小的原理是形成单分子油膜，把每个分子看成球形，则分子直径如何表示？
答：
d＝
，其中V指一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积。
（2）油酸在水面上形成油膜时先扩散后收缩，要在稳定后再画轮廓，为什么？
答：
有两个原因：
一是水面受液滴冲击引起；二是酒精挥发。
解析
（1）油膜面积占68小格，面积约为S＝68×25×25×10－6m2＝4.3×10－2m2，一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为
V＝
×
×10－6m3＝1.2×10－11m3，
油酸分子的直径约等于油膜的厚度
d＝
＝
m≈2.8×10－10m。
（2）实验过程中除了按步骤进行操作，还要仔细观察实验现象，并学会分析所观察到的现象。
答案
（1）球体 单分子 直径
4．3×10－2 1.2×10－11 2.8×10－10
（2）主要有两个原因：
①水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积扩张；②油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩
题|组|微|练
1．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用amL的纯油酸配制成bmL的油酸酒精溶液，再用滴管取1mL油酸酒精溶液，让其自然滴出，共n滴。
现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为Scm2，则：
（1）估算出油酸分子的直径大小是________cm。
（2）用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏伽德罗常数，还需要知道油滴的________。
（填选项字母）
A．摩尔质量B．摩尔体积
C．质量D．体积
解析
（1）油酸酒精溶液的浓度为
，一滴油酸酒精溶液的体积为
mL，一滴油酸酒精溶液含纯油酸
mL，则油酸分子的直径大小为d＝
cm。
（2）设一个油酸分子体积为V，则V＝
π
3，由NA＝
可知，要测定阿伏伽德罗常数，还需知道油滴的摩尔体积，故B项正确。
答案
（1）
（2）B
2．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，具体操作如下：
①取油酸0.1mL注入250mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液。
②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.0mL为止，恰好共滴了100滴。
③在边长约40cm的浅盘内注入约2cm深的水，将细石膏粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有石膏粉，可以清楚地看出油膜轮廓。
④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状。
⑤将画有油膜形状的玻璃板放在边长为1.0cm的方格纸上，算出完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个。
（1）这层油膜的厚度可视为油酸分子的__________。
（2）利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸为__________m3，求得的油膜分子直径为__________m。
（结果保留两位有效数字）
解析
（1）油膜的厚度可视为油酸分子的直径。
（2）一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
V＝
×
mL＝4.0×10－6mL＝4.0×10－12m3
形成油膜的面积S＝1.0×（67＋14）cm2＝8.1×10－3m2
油酸分子的直径d＝
≈4.9×10－10m。
答案
（1）直径
（2）4.0×10－12 4.9×10－10
见学生用书P200
1．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，已知一滴溶液中油酸的体积为V油酸，配制的油酸溶液中，纯油酸与溶液体积之比为1∶5000,1mL溶液滴25滴，那么1滴溶液的体积是________mL，所以1滴溶液中油酸的体积为V油酸＝________cm3。
若实验中测得结果如下表所示，请根据所给数据填写出空白处的数值，并与公认的油酸分子直径d0＝1.12×10－10m作比较，判断此实验是否符合数量级的要求：
________。
（填“是”或“否”）
解析 由题给条件得，1滴溶液的体积V溶液＝
mL＝4×10－2mL，因为
＝
，故1滴溶液中油酸的体积为V油酸＝
V溶液＝
×
cm3＝8×10－6cm3。
据此算得3次测得d的结果分别为
1．50×10－8cm,1.62×10－8cm,1.42×10－8cm，
d的平均值
＝
≈1.51×10－10m。
这与公认值的数量级相吻合，故本次估测数值符合数量级的要求。
答案 4×10－2 8×10－6 1.50×10－8 1.62×10－8 1.42×10－8 1.51×10－10 是
2．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的浓度为A，N滴溶液的总体积为V。
在浅盘中的水面上均匀撒上痱子粉，将一滴溶液滴在水面上，待油膜稳定后，在带有边长为a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的轮廓，如图所示，测得油膜占有的正方形小格数为X。
（1）用以上字母表示一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为__________。
（2）油酸分子直径约为__________。
解析
（1）由题意可知，一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为V0＝
。
（2）一滴所形成的油膜的面积为S＝Xa2，所以油膜的厚度，即为油酸分子的直径为d＝
＝
。
答案
（1）
（2）
3．测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法。
（1）在“用油膜法估测分子大小”的实验中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入标注250mL的溶液。
然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒的痱子粉的盛水浅盘中滴入2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待薄膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图所示。
坐标格的正方形大小为2cm×2cm。
由图可以估算出油膜的面积是________cm2（保留两位有效数字），由此估算出油酸分子的直径是________m。
（保留一位有效数字）
（2）如图是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。
这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43×10－8m的圆周而组成的。
由此可以估算出铁原子的直径约为________m。
（保留两位有效数字）
解析
（1）数油膜的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，估算出油膜的面积S＝格数×2cm×2cm＝256cm2≈2.6×102cm2。
溶液浓度为
，每滴溶液体积为
mL，2滴溶液中所含油酸体积V＝2×10－5cm3，油膜厚度即油酸分子的直径d＝
≈8×10－10m。
（2）直径为1.43×10－8m的圆周周长为πd≈4.5×10－8m，可以估算出铁原子的直径约为
m＝9.4×10－10m。
答案
（1）2.6×102 8×10－10
（2）9.4×10－10
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