备战2024年高考物理一轮重难点复习实验十六：用油膜法估测油酸分子的大小（解析版）

实验十六：用油膜法估测油酸分子的大小一、实验目的1．用油膜法估测分子的大小2．加深对分子动理论基本内容的理解3．学会间接测量微观量的方法二、实验原理1．实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小。2．油酸的分子式为C17H33COOH，它的一个分子可以看成由两部分组成：一部分是C17H33——，另一部分是——COOH,其中——COOH对水有很强的亲和力，当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水并很快挥发，在水面上形成近似圆形的一层纯油酸薄膜，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，形成一个单分子油膜。 3．单分子油膜法粗测分子直径的原理，类似于取一定量的小米，测出它的体积V，然后把它平摊在桌面上，上下不重叠，一粒紧挨一粒，量出这些米粒占据桌面的面积S，从而计算出米粒的直径。4．通过测出油滴的体积V及油滴在液面上形成的单分子油膜面积S，运用油酸滴入水面前后的总体积相等，测定分子直径。三、实验器材浅盘、痱子粉、注射器（或滴管）、量筒、坐标纸、玻璃纸、水彩笔（或钢笔）、事先配制好的油酸酒精溶液。四、实验步骤1．先在浅盘中倒入2～3cm深的水，将痱子粉或石膏粉均匀撒在水面上。2．用滴管将酒精油酸溶液逐滴滴入量筒至1ml，记下滴入的滴数n，算出一滴油酸溶液的体积V0/滴。3．待油酸薄膜形状稳定后，将玻板放在浅盘上，用水彩笔或钢笔画出油膜形状。4．将玻璃放在坐标纸上，算出油膜面积S；或通过数玻璃板上的方格数，算出油膜面积S。5．根据溶液浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V。6．用一滴纯油酸的体积V和薄膜面积S，即可计算出薄膜的厚度d=V/S。五、数据处理项目油酸酒精溶液浓度1mL溶液的滴数一滴油酸酒精溶液的体积一滴油酸的体积油膜面积数值六、注意事项1．油酸酒精溶液配制后，不要长时间放置，以免改变浓度，产生误差。油酸酒精溶液的浓度以小于l‰为宜。2．注射器针头高出水面的高度应在1cm之内,当针头靠近水面(油酸酒精溶液没滴下之前)时，会发现针头下方的痱子粉末层已被排开，这是由于针头中酒精挥发所致，不影响实验效果.3．实验时针管（或滴管）在接近水面1cm左右滴油酸溶液，并且在液面稳定后，画下液面形状。4．在玻璃上画轮廓线时，要待测油酸面扩散后又收缩稳定后再画,这是因为：（1）水面受油酸酒精溶液液滴扩散冲击后又要恢复；（2）酒精挥发引起的液面收缩.5．要保证1mL溶液的滴数，准确无误；要控制滴液滴时的速度，确保液滴体积稳定。6．在计算面积时，如玻璃板上有直径1cm的方格，数方格数将不满半格的舍弃，超过半格的记为一格。7．油酸酒精溶液的液滴要适当多一些。8．每次实验时要让浅盘中的水稳定后再做。9．痱子粉不宜撒得过厚，重做实验时，水要从盘的一侧边缘倒出，这样残留在盘上的油酸量少，容易清洗干净。七、误差分析1．纯油酸体积的计算误差:2．油膜面积的测量误差主要是：（1）油膜形状的画线误差（2）数格子法本身是一种估算的方法，自然带来误差【例1】“用油膜法估测分子的大小”的实验方法及步骤如下：①向的油酸中加酒精，直至总量达到；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，当滴入100滴时，测得其体积恰好是；③先往边长为的浅盘里倒入深的水，然后将爽身粉均匀地撒在水面上；④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜的形状；⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，小方格的边长为，数出轮廓范围内小方格的个数N。根据以上信息，回答下列问题：（1）油酸分子直径是m。（结果保留两位有效数字）（2）在实验中，认为油酸分子在水面上形成的是单分子层，这体现的物理思想方法是A．等效替代法    B．类比法    C．理想模型法    D．控制变量法（3）若某学生计算油酸分子直径的结果偏大，可能是由于。A．油酸未完全散开B．油酸溶液浓度低于实际值C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格D．求每滴体积时，的溶液的滴数多记了10滴【答案】CAC/CA【详解】（1）[1]一滴油酸酒精溶液中油酸的体积为根据大于半个方格的计为一个，小于半个方格的不计的原则，可得油膜形状占据的方格数约为所以油膜的面积为所以油酸分子的直径为（2）[2]实验中把分子看作小球，认为油酸分子能够一个一个紧密排列，在水面上形成单分子油膜层，都是采用了理想模型法，C正确，故选C。（3）[3]计算油酸分子直径的依据是A．油酸未完全散开，则测得的油膜面积所占方格数目偏少，所以导致油酸分子直径计算值偏大，A正确；B．油酸溶液浓度低于实际值，则一滴溶液中纯油酸计算体积偏小，导致油酸分子直径计算值偏小，B错误；C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，则测得的油膜面积所占方格数目偏少，所以导致油酸分子直径计算值偏大，C正确；D．求每滴体积时，的溶液的滴数多记了10滴，则导致一滴溶液体积计算值偏小，则一滴溶液中纯油酸计算体积偏小，导致油酸分子直径计算值偏小，D错误。故选AC。【例2】用油膜法估测油酸分子的大小利用“油膜法估测分子直径”实验体现了通过对宏观量的测量来实现对微观量的间接测量的方法。（1）甲同学配制好油酸酒精溶液，并测出一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为V，之后又进行了下列操作，其中错误的一项是；其余正确操作的合理顺序是。A．将一滴纯油酸滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜B．将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜C．向浅水盘中倒入约深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上D．将面有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S。再根据估算出油酸分子的直径E.将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上（2）乙同学在做“用油膜法估测分子的大小”实验时，将的油酸溶于酒精中制成的油酸酒精溶液。用注射器取适量溶液滴入量筒，测得每滴入75滴，量筒内的溶液增加。用注射器把1滴这样的溶液滴入表面撒有痱子粉的浅水盘中，把玻璃板盖在浅盘上并描出油酸膜边缘轮廓，如图所示。已知玻璃板上正方形小方格的边长为，则油酸膜的面积约为（保留两位有效数字）。由以上数据，可估算出油酸分子的直径约为m（保留两位有效数字）。（3）丙同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是。A．将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算B．油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化C．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开D．计算油膜面积时，将不完整的方格作为完整方格处理（4）在用油膜法估测分子大小的实验中，已知纯油酸的摩尔质量为M，密度为，一滴油酸溶液中含纯油酸的质量为m，一滴油酸溶液滴在水面上扩散后形成的纯油酸油膜最大面积为S，阿伏加德罗常数为。以上各量均采用国际单位制，对于油酸分子的直径和分子数量有如下判断：①油酸分子直径②油酸分子直径③一滴油酸溶液中所含油酸分子数④一滴油酸溶液中所含油酸分子数以上判断正确的是()A．①和③    B．①和④    C．②和④    D．②和③【答案】ACBED（）（）ACC【详解】（1）[1]为了使得油膜形成单分子油膜层，实验时，需要将油进行稀释，不能直接将一滴纯油酸滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜，A错误，符合题意。故选A。[2]实验时，先向浅水盘中倒入约深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上，再将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜，随后将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上，最后将面有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S。再根据估算出油酸分子的直径。即正确操作的合理顺序是CBED。（2）[3]利用数格子的方法，油酸膜的面积约为[4]1滴这样的溶液中的纯油酸体积为则估算出油酸分子的直径约为（3）[5]A．由于若将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，体积偏大，则所测的分子直径d明显偏大，A正确；B．若油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度变大，实验数据处理仍然按照挥发前的浓度计算，即算出的纯油酸体积偏小，则所测的分子直径d明显偏小，B错误；C．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，即算出的油膜层面积偏小，根据可知所测的分子直径d明显偏大，C正确；D．计算油膜面积时，将不完整的方格作为完整方格处理，则算出的油膜层面积偏大，所测的分子直径d明显偏小，D错误。故选AC。（4）[6]由于一滴油酸溶液中含纯油酸的质量为m，则该纯油酸的体积为根据解得则①错误，②正确。一滴纯油酸的物质的量为一滴油酸溶液中所含油酸分子数解得③错误，④正确。故选C。1．在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，（1）本实验中做了三点理想化假设：将油酸分子视为球形；；油酸分子是紧挨在一起的；（2）配制油酸酒精溶液时，油酸酒精溶液的浓度为每溶液中有纯油酸，用注射器测得上述溶液有100滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，测得油酸膜的近似轮廓如图所示，图中正方形小方格的边长为，则估测出油酸分子的直径是m；（此结果保留2位有效数字）（3）在一次实验中得到了如图所示的油膜，如果按此油膜来计算分子直径，你认为测量结果相对真实值会。（填“偏大”、“偏小”或“无系统误差”）【答案】油酸分子形成单层分子膜/偏大【详解】（1）[1]本实验中做了三点理想化假设：将油酸分子视为球形；油酸分子形成单层分子膜；油酸分子是紧挨在一起的。（2）[2]每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为按照超过半格的算一个，不足半格的舍去原则，可得油酸膜的面积为估测出油酸分子的直径为（3）[3]由图可知该次实验中痱子粉撒太多，油膜未能充分展开，此时所测油膜面积偏小，所以油酸分子的直径测量结果相对真实值偏大。2．某同学在实验室做“用油膜法估测分子直径大小”的实验中，已知油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL。用注射器抽得上述溶液2mL，现缓慢地滴出1mL溶液，共有溶液滴数为50滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘中，在刻有小正方形坐标的玻璃板上描出油膜的轮廓如图所示，坐标中小正方形方格的边长为20mm。试问：（1）这种估测方法是将每个分子视为模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油分子的（2）图中油酸膜面积是mm2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是mL；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是m。（最后一空保留1位有效数字）【答案】球体直径22800【详解】（1）[1][2]这种估测方法是将每个分子视为球体模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油分子的直径;（2）[3]油膜的面积可从方格纸上得到，所围成的方格中，面积超过一半按一半算，小于一半的舍去，图中共有57个方格，故油膜面积为S＝57×20mm×20mm＝22800mm2[4]每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是[5]油酸分子的直径d＝＝mm3．某同学在实验室做“用油膜法估测分子直径大小”的实验中，已知油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL。用注射器抽取上述溶液1mL，缓慢滴出，数出滴数为50滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘中，在刻有小正方形坐标的玻璃板上描出油膜的轮廓如图所示，坐标系中小正方形方格的边长为20mm。试问：（1）每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是mL；（2）估测出油酸分子的直径是m（保留1位有效数字）；（3）在用油膜法估测分子直径的实验中，会使测算结果偏大的操作是()A．撒的爽身粉过多B．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格C．求每滴体积时，1mL的溶液的滴数误多记了10滴D．将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算（4）甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，但都发生了操作错误。甲在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小一些。乙在计算注射器滴出