新教材2022版高考物理人教版一轮总复习训练：实验15　用油膜法估测油酸分子的大小

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1．测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法。
(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入50滴溶液，溶液的液面刚好达到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸酒精溶液，向撒有爽身粉的盛水浅盘中滴下1滴溶液，在液面上形成单分子油膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图甲所示。坐标格中每个小正方形方格的大小为 2 cm×2 cm。由图可以估算出油膜的面积是________cm2，由此估算出油酸分子的直径是________m(最后一空结果保留1位有效数字)。
(2)如图乙所示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1.43×10－8 m的圆周而组成的。由此可以估算出铁原子的直径约为__________m(结果保留2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，得到油膜的面积S＝64×2 cm×2 cm＝256 cm2。溶液浓度为 eq \f(1,1 000)，每滴溶液的体积为 eq \f(1,50) mL，1滴溶液中所含纯油酸的体积为 V＝2×10－5 cm3。油膜厚度即油酸分子的直径是d＝ eq \f(V,S)＝8×10－10 m。
(2)直径为1.43×10－8 m的圆周周长为D＝πd＝4.49×10－8 m，可以估算出铁原子的直径约为d′＝ eq \f(4.49×10－8,48) m＝9.4×10－10 m。
答案：(1)256 8×10－10 (2)9.4×10－10
2．在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，有下列实验步骤：
①往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，待水面稳定后将适量的爽身粉均匀地撒在水面上。
②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定。
③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。
④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。
⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。
完成下列填空：
(1)上述步骤中，正确的顺序是________。(填写步骤前面的数字)
(2)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2。由此估算出油酸分子的直径为________m。(结果保留1位有效数字)
解析：(1)依据实验顺序，先测量一滴配制好的油酸酒精溶液的体积④，然后在浅盘中放水和爽身粉①，将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘中②，将玻璃板放在浅盘上获取油膜形状⑤，最后用已知边长的坐标纸上的油膜形状来计算油膜的总面积③。故正确的操作顺序为④①②⑤③。
(2)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V＝ eq \f(1,50)× eq \f(1,300) cm3＝6.7×10－5 cm3，故油酸分子直径 d＝ eq \f(V,S)＝ eq \f(6.7×10－5 cm3,0.13 m2)＝ eq \f(6.7×10－11 m3,0.13 m2)＝5×10－10 m。
答案：(1)④①②⑤③ (2)5×10－10
3．油酸酒精溶液的浓度为每 1 000 mL油酸酒精溶液中有纯油酸0.6 mL，现用滴管向量筒内滴加50滴该溶液，量筒中的溶液体积增加了1 mL，把一滴该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，稳定后形成的油膜形状如图所示。若每一小方格的边长为25 mm，试问：
(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______。图中油膜的面积为________m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是_______m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________m。(结果均保留2位有效数字)
(2)某同学在实验过程中，在距水面约2 cm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：_________________________。
解析：(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为球体模型，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层油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的直径。由题图可知，油膜面积约占56个小格，面积约为S＝56×25×25×10－6 m2＝3.5×10－2 m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V＝ eq \f(1,50)× eq \f(0.6,1 000)×10－6 m3＝1.2×10－11 m3；油酸分子的直径约等于油膜的厚度，即d＝ eq \f(V,S)＝ eq \f(1.2×10－11,3.5×10－2) m＝3.4×10－10 m。
(2)水面受到落下的油酸酒精溶液的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积先扩张；油酸酒精溶液中的酒精挥发，又使油膜的面积收缩。
答案：(1)球体 单分子层 直径 3.5×10－2 1.2×10－11 3.4×10－10 (2)水面受到落下的油酸酒精溶液的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积先扩张；油酸酒精溶液中的酒精挥发，又使油膜的面积收缩