1.2实验：用油墨法估测油酸分子的大小（教学课件）-2022-2023学年高中物理同步备课（人教版2019选择性必修第三册）

第2节 实验：用油墨法估测分子的大小人教版（2019）高中物理选择性必修第三册怎样才能知道分子的大小呢？2.具体做法是： 把一滴油酸滴到水面上，油酸在水面上散开形成单分子油膜，如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可认为等于油膜分子的直径.1.有一种粗略测定分子大小的方法叫油膜法. 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。水油酸分子d看一看在用油膜法测定分子的直径时，实际上做了理想化处理：②把分子看成球形 ①把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层③油分子一个紧挨一个整齐排列d-----单分子油酸的直径V-----一滴油酸分子的体积=S-----一滴油酸分子的面积 水油酸分子d互补法如何才能求出单分子油膜层的厚度(即分子直径)呢？ 油酸分子d 例：已知体积V=1mm3的一滴油，在水面上形成面积S=3.5m2的油膜，那么这种油分子的直径d为多少m？ 油膜法估算分子直径公式分子直径的数量级10-10m思考与讨论问题1：为什么不直接用纯油酸实验，而要配置成 油酸酒精溶液？答：如果直接用纯油酸，一方面油分子间作用力较大，不容易被分散，不易实现单分子油膜状态。另一方面一滴纯油酸在水面展开的面积比我们所用容器的面积大的太多了。用酒精稀释后,使得一滴溶液中油酸含量很少有利于油酸在水面上形成单分子油膜状态且展开的面积小。另外酒精也易溶于水、易挥发，不会影响实验结果。思考与讨论答： 把油酸分子看作球形与实际分子形体有区别，所以只能得到分子直径的数量级。问题2：为什么此实验只能估测油酸分子大小？有哪些 方面导致误差的存在？如何减小误差？问题3：撒痱子粉的作用是什么？ 撒痱子粉如何使其均匀？答：一方面液面上不撒痱子粉时，滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油膜不能形成一块完整的油膜，油膜间的缝隙会造成测量误差增大甚至实验失败。另一方面撒痱子粉便于观察所形成的油膜的轮廓。 答：从盘的中央加痱子粉，粉自动扩散至均匀，这样做比将粉撒在水面上的效果好。思考与讨论问题4：往浅盘滴溶液时为什么注射器不能太高？答：往浅盘滴溶液时，待测油酸液面会扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因：第一，水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩。 注射器针头高出水面的高度应在1cm之内，太高油膜就散开不聚在一起了。思考与讨论思考与讨论------如何测量油膜的面积？ 问题1:实验中油酸薄膜是无色透明的，怎样才能看清它？ 问题2:怎样得到油酸薄膜的形状呢？ 问题3:怎样计算油酸薄膜的面积？ 将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上。用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，油酸立即在水面上散开，形成一块薄膜，薄膜上有痱子粉，可以清楚地看出它的轮廓。 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，在玻璃板上描下油酸膜的形状。 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的个数，不足半个舍去，多余半个的算一个。把正方形的个数乘以单个正方形的面积就得到油膜的面积。利用方格纸用数格子方法估算面积用单分子油膜法测得分子直径的数量级为 利用现代技术，使用不同的方法测出的分子大小并不完全相同，但数量级是一样的，均为 注意：除一些有机物质的大分子外，一般分子的直径数量级为上面数值，以后无特别说明，我们就以上面数值作为分子直径的数量级。1．在估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：①取油酸1.0mL注入到量程为2500mL的量筒内，然后向量筒中加入酒精，直到液面达到2000mL的刻度为止待油酸在酒精中充分溶解，形成油酸的酒精溶液；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溶液体积为1mL，恰好滴了80滴；③在浅水盘内注入约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，轻轻地向水面滴入一滴溶液。④待油膜形状稳定后，利用有坐标方格的玻璃板测绘出油酸膜的面积为250cm2。（1）该实验中用到的物理方法有______A．等效替代 B．理想化模型 C．微元法 D．累计放大法（2）1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是______mL。（结果保留三位有效数字）（3）由以上的实验数据得到的油酸分子直径为______m。（结果保留三位有效数字）【答案】 BD/DB 2．某同学做“用油膜法估测分子的大小”的实验。（1）下列说法中正确的是________。A．该实验中将油膜看作由一个个油酸分子紧密排列的单层分子膜B．水面痱子粉撒得越多，形成的油膜轮廓越清晰，实验误差越小C．计算油膜面积时将所有不完整的方格当做完整方格计入，会使实验结果偏小D．分子直径近似等于油酸酒精溶液的体积与油膜的面积之比（2）每滴油酸酒精溶液的体积为V，将该溶液滴一滴到水面上，稳定后形成油膜的面积为S。溶液的浓度为ρ，则油酸分子直径大小的表达式为d=________；（3）某同学在配制一定浓度的油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，因此导致所测的分子直径将________（偏大、偏小、不变）；（4）若阿伏加德罗常数为NA，油酸的摩尔质量为M，油酸的密度为ρ0，则体积为V油酸所含分子数为________。【答案】 AC/CA 偏大 3．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，“已知实验室中使用的酒精油酸溶液的浓度为A，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），请根据如图，得出油膜的面积，回答以下问题。（1）一滴酒精油酸溶液中的纯油酸的体积为_______。（用题中字母表示）（2）油酸膜的面积是_______。（用题中字母表示）（3）油酸分子直径约为_______。（用题中字母表示）（4）某同学在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验时，发生了操作错误。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，这位同学的操作错误导致实验测得的油酸分子直径_______（填“偏大”或“偏小”）。例4. 在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，下列做法属于科学的近似的有( )A. 把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜B. 把形成油膜的分子看做紧密排列的球形分子C. 将油膜视为单分子油膜，但需要考虑分子间隙D. 将油酸分子视为立方体模型在“用油膜法估测分子的大小”实验中，我们的实验依据是：①油膜是呈单分子分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙，由此可知C错误，ABD正确．题目要求选不是的，故选：C．例5：下面4个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的4个步骤,将它们按操作的先后顺序排列应是　　　　(用符号表示). 解：“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制酒精油酸溶液（教师完成，记下配制比例）→测定一滴酒精油酸溶液的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径．实验顺序可简略记为配→撒→滴→描→数→算。很显然，在实验的步骤中，是“将1滴此溶液滴在有痱子粉的浅盘里的水面上，等待形状稳定”，因此操作先后顺序排列应是dacb．例6： 在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中,下列实验步骤:①在边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水,待水面稳定后将适量的痱子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1滴在水面上,待薄膜形状稳定。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1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　　　　。(填写步骤前面的序号) (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1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。(结果保留一位有效数字)  解析：(1)实验操作开始之前要先配制油酸酒精溶液，确定每一滴溶液中含有纯油酸的体积，所以步骤④放在首位．实验操作时要在浅盘放水、痱子粉，为油膜形成创造条件，然后是滴入油酸、测量油膜面积，计算油膜厚度(即油酸分子直径)，油膜法估测油酸分子大小”的实验顺序可简略记为配→撒→滴→描→数→算。所以接下来的步骤是①②⑤③.(2)根据实验原理可知油酸分子直径为：