人教版 (2019)选择性必修 第三册2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小学案，共7页。学案主要包含了实验思路，估算分子大小和数目，用“估算法”处理实际问题等内容，欢迎下载使用。


知道用单分子油膜方法估算分子的直径
知识点一、实验思路
分子模型
①固体、液体可以认为各个球形分子是一个挨一个地紧密排列。
②气体分子间距离较大，不能看成一个挨一个地紧密排列，且气体分子地体积远小于每个分子平均占有的空间，通常把每个气体分子平均占有的空间看成立方体。
(2)测量方法——油膜法测分子直径
①将油酸分子简化为球形处理，并认为它们紧密排布。
②利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，测出一定体积的油酸在水面上形成的油膜面积，用d＝V/S计算出油膜的厚度，其中V为1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积，厚度d就近似等于油酸分子的直径。
实验步骤：
①取1 mL的油酸，用无水酒精按1∶200的体积比稀释，使油酸在酒精中充分溶解。
②用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一定体积(如1 mL)时的滴数，由此求出一滴油酸酒精溶液的平均体积。
③在盛水盘中装入约1 cm深的蒸馏水，为便于观测油膜的面积，可在水面上轻撒上一层痱子粉，在水盘中央滴一滴油酸酒精溶液，于是油酸在水面上迅速散开。到油膜面积不再扩大时，油酸在水面上形成单分子层油膜。
④用一块透明胶片或玻璃板盖在盛水盘上，用彩笔描出油膜的轮廓图。
⑤将绘有油膜轮廓的胶片或玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，然后计算出油膜的面积。
⑥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，根据油酸的体积V和油膜的面积S算出油酸分子的直径d＝V/S。
知识点二、估算分子大小和数目
(1)分子模型的建立
实际分子的结构是很复杂的，可以把单个分子看做一个立方体，也可以看做是一个小球。
①球形模型：固体和液体可看做一个紧挨着一个的球形分子排列而成的，忽略分子间空隙，如图甲所示。
②立方体模型：气体分子间的空隙很大，把气体所在空间分成若干个小立方体，气体分子位于每个小立方体的中心，每个小立方体是平均每个分子占有的活动空间，忽略气体分子的大小，如图乙所示。
(2)分子大小的估算
①对于固体和液体，分子间距离比较小，可以认为分子是一个个紧挨着的，设分子体积为V，则分子直径d＝eq \r(3,\f(6V,π))。
②对于气体，分子间距离比较大，处理方法是建立立方体模型，从而可计算出两气体分子之间的平均间距d＝eq \r(3,V)。
不论把分子看做球形，还是看做立方体，都只是一种简化的模型，是一种近似处理的方法。由于建立的模型不同，得出的结果稍有不同，但分子大小的数量级都是10－10 m。一般在估算固体或液体分子直径或分子间距离时采用球形模型，在估算气体分子间的距离时采用立方体模型。
知识点三、用“估算法”处理实际问题
“估算法”是从已知条件出发，运用与题设条件密切相关的物理概念、规律和常数，对要求的问题作出合理的科学的估算的思维方法。用“估算法”处理实际问题首先在于依据实际物理情景，建立合适的物理模型，而后通过物理模型运用物理公式求解。
物理上有许多模型，它可分为：①物体模型，如质点，恒压电源等；②状态模型，如静止、标准状态下的气体等；③过程模型，如自由落体运动、平抛运动等。物理上的“理想模型”，就是为了便于研究问题而建立的一种高度抽象的理想物体或理想过程。“理想模型”是现实世界中找不到的东西，但是，“理想模型”是以客观实在为原型的，是对客观事物或过程的一种近似反映，它突出反映了客观事物或过程的某一主要矛盾或主要特性，完全忽略了其他方面的矛盾或特性。运用“理想模型”及其理论解决问题的方法就是模型法。 所以，可用模型法理解物质的微观结构，通过模型求微观量。
1．把一片很薄的均匀塑料薄膜放在盐水中，调节盐水的密度，使薄膜能在盐水中悬浮，此时盐水的密度为1.2×103kg/m3。用天平测出尺寸为10cm×20cm的这种塑料薄膜的质量是36g，请计算薄膜的厚度。
【答案】
【详解】
由平衡条件
塑料薄膜的体积为
解得薄膜的厚度为
代入数值得
2．PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5的颗粒物，它能较长时间悬浮在空气中，其在空气中的含量（浓度）越高，就代表空气污染越严重，PM2.5也是雾霾天气的主因。某地区曾经出现严重雾霾，PM2.5指标数高达300。已知该颗粒物的平均摩尔质量为40，试估算该地区空气中含有这种颗粒物的数目。（阿伏加德罗常数取，结果保留1位有效数字）
【答案】个
【详解】
空气中含有颗粒物的数目
1．用油膜法估测油酸分子直径的实验中，一滴油酸酒精溶液中油酸的体积为V，油膜面积为S，油酸的摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为NA，下列说法正确的是（ ）
A．一个油酸分子的质量为B．一个油酸分子的体积为
C．油酸的密度为D．油酸分子的直径为
【答案】D
【详解】
A．一个油酸分子的质量为
所以A错误；
B．一个油酸分子的体积为
所以B错误；
C．油酸的密度为
所以C错误；
D．油酸分子的直径为
所以D正确；
故选D。
2．关于用油膜法估测油酸分子大小的实验，下列说法正确的是（ ）
A．油酸分子实际上就是球形，算出来的结果就是直径
B．估算法是没有科学意义的
C．用同一溶液做实验，得出的结果有差别，只要数量级正确，就都是正确的
D．也可以将油酸不稀释而直接滴入浅盘中
【答案】C
【详解】
A．油酸分子实际上具有复杂的结构，而不是球形，A错误；
B．估算法是具有科学意义的，能帮助我们认识事物的主要方面，B错误；
D．油酸如果不稀释而直接滴入浅盘中，油酸分子太多根本形不成单分子油膜，D错误；
C.由于本实验是估算，误差较大，不同的同学得出结果有差别很正常，只要数量级正确就可以，C正确。
故选C。
3．水的相对分子质量是18，水的密度，阿伏加德罗常数，在标准状况下，水蒸气的摩尔体积是，则水蒸气分子的平均间距大约是水分子直径的（ ）
A．1倍B．10倍C．100倍D．1000倍
【答案】B
【详解】
水的摩尔体积
一个水分子的体积为
把水分子看成一个紧挨一个排列的球体，其直径大约为
水蒸气是气体，在标准状况下的摩尔体积是
每个水蒸气分子所占体积（包括水蒸气分子和它周圈空间的体积）为
把每个分子和它所占空间看成一个小立方体，分子间距等于每个立方体的边长，水蒸气的分子间距为
因此
故选B。
4．假如60亿人同时数1g水的分子个数，每人每小时可以数5000个，不间断地数，则完成任务所需时间最接近（阿伏加德罗常数取）（ ）
A．10年B．100年C．10万年D．1000万年
【答案】C
【详解】
1g水的分子个数为
60亿人同时数一年所数的个数
所用时间
故选C。
5．将1cm3油酸溶于酒精中，制成200cm3油酸酒精溶液。已知1cm3溶液中有50滴，现取一滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水后，油酸在水面上形成一单分子薄层。已测出这薄层的面积为0.2m2，由此估测油酸分子的直径为（ ）
A．2×10-10mB．5×10-10mC．2×10-9mD．5×10-9m
【答案】B
【详解】
1滴油酸酒精溶液中含有的油酸体积为
油膜分子是单分子油膜，根据
故B正确，ACD错误。
故选B。
6．用单分子油膜测分子的直径时，对其所用实验方法的正确认识是
A．用量筒测得油酸酒精溶液的体积V，计算油酸分子直径时要用到d="V/s"
B．用透明方格纸，是为了便于估算一滴油酸溶液形成的油膜面积
C．在水面上撒些痱子粉，是为了让油膜尽量散开并呈现圆形
D．在水面上撒些痱子粉，是为了围住油膜形成规则形状
【答案】B
【详解】
A：用量筒测得油酸酒精溶液的体积V，计算油酸分子直径时要用到d= V/s．是本实验的操作步骤．故A选项不正确
B：用透明方格纸就可估算出油膜的面积，这是实验方法的体现．故B选项是正确的
C：在水面上撒些痱子粉，是为了让油膜尽量散开并呈现圆形．也是实验操作步骤，故C选项不正确．
D：撒些痱子粉，不是为了围住油膜形成规则形状，而是让油酸形成单分子油膜，且一个靠着一个．故D不正确．
7．在“油膜法估测分子大小”的实验中，将1mL的纯油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1mL溶液为80滴，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，描出的油膜轮廓如图所示，数出油膜共占140个小方格，每格边长是0.5cm，由此估算出油酸分子直径为（ ）
A．7×10-8mB．1×10-8mC．7×10-10mD．1×10-10m
【答案】C
【详解】
1滴油酸酒精溶液中油酸的体积为
油膜的面积为
油酸分子直径为
故选C。