高中物理人教版 (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测试题

这是一份高中物理人教版 (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测试题，共6页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
基础达标练
一、选择题
1．如图所示，在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，将油酸酒精溶液滴入水中后，接下来的操作是( D )
A．立刻用刻度尺去量油膜的面积
B．让油膜尽可能地散开，再用刻度尺去量油膜的面积
C．立即将油膜的轮廓画在玻璃板上，再利用坐标纸去计算油膜的面积
D．让油膜尽可能地散开，等到形状稳定后，再把油膜的轮廓画在玻璃板上，用坐标纸去计算油膜的面积
解析：油酸酒精溶液滴入水中后，应让油酸尽可能散开，形成单分子油膜，待形状稳定后，再把油膜的轮廓画在玻璃板上，用坐标纸去计算油膜的面积，由于油膜形状不规则，无法用刻度尺去量油膜的面积。故选D。
2．在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，先配置好浓度(单位体积溶液中含有纯油酸的体积)为η的油酸酒精溶液，并得到1滴油酸酒精溶液的体积为V。用注射器在撒有爽身粉的水面上滴1滴油酸酒精溶液，在水面上形成油膜，待油膜形状稳定后测量出它的面积S。关于本实验，下列说法正确的是( B )
A．水面上形成的油膜的体积为V
B．撒爽身粉是为了便于确定出油膜的轮廓
C．根据d＝eq \f(V,S)可以估测油酸分子的直径
D．根据d＝eq \f(V,ηS)可以估测油酸分子的直径
解析：水面上形成的油膜的体积为ηV，故A错误；撒爽身粉是为了便于确定出油膜的轮廓，故B正确；油酸分子的直径为d＝eq \f(ηV,S)，故C、D错误。
3．(2023·清华大学附属中学期末)关于“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验，下列选项正确的是( A )
A．将油膜看作单层油酸分子薄膜，且不考虑油酸分子间的空隙
B．利用画有油膜轮廓的坐标方格计算油膜面积时，舍去所有不足一格的方格
C．测一滴油酸酒精溶液的体积时，只需将其滴入量筒即可
D．若油酸未完全散开，会使测出的分子直径偏小
解析：实验认为油膜为单分子油膜，且不考虑油酸分子间的空隙，因此油膜的厚度就是油酸分子的直径，故A正确；实验中数油膜轮廓内的正方形格数时，不足半格的应全部舍去，大于半格的算一格，故B错误；测一滴油酸酒精溶液的体积时，并不是取一滴滴入量筒，而是取若干滴滴入量筒测出总体积，再取平均值，采用了放大法，从而减小误差，故C错误；若油酸未完全散开，导致油膜的面积偏小，由d＝eq \f(V,S)可知，测出的分子直径偏大，故D错误。
4．(多选)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，下列做法正确的是( BD )
A．用注射器或滴管吸取配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，若100滴溶液的体积是1 mL，则1滴溶液中含有油酸10－2 mL
B．往浅盘里倒入适量的水，再将爽身粉均匀地撒在水面上
C．用注射器或滴管往水面上滴1滴油酸酒精溶液，同时将玻璃板放在浅盘上，并立即在玻璃板上描下油膜的形状
D．根据1滴油酸酒精溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d＝eq \f(V,S)，即油酸分子的直径
解析：若100滴溶液的体积是1 mL，则1滴油酸酒精溶液的体积是10－2 mL，含有油酸的体积小于10－2mL，A错误； 往浅盘里倒入适量的水，再将爽身粉均匀地撒在水面上，B正确；用注射器或滴管往水面上滴1滴油酸酒精溶液，同时将玻璃板放在浅盘上，待油膜在液面上形状稳定后，在玻璃板上描下油膜的形状，C错误；根据1滴油酸酒精溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d＝eq \f(V,S)，即油酸分子的直径，D正确。
二、非选择题
5．(2023·辽河油田第二高级中学高二月考)在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入撒有痱子粉的盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为2 cm，则：
(1)(多选)下列有关该实验的说法正确的是( BC )
A．本实验也可直接将纯油酸滴水面上测量
B．本实验将油膜看成单分子油膜
C．本实验忽略了分子的间隙
D．测量油膜面积时，由于不足一格的正方形面积无法估读，全部舍去
(2)该实验中每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为_8×10－12__m3，油膜的面积是_3.28×10－2__m2；按以上实验数据估测出油酸分子的直径为_2×10－10__m(本空保留一位有效数字)。
(3)油酸酒精溶液滴入浅盘的水中后，迅速用笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，然后根据测量的数据算出分子直径，结果将_偏大__(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析：(1)因为一滴纯油酸所含分子的数量太大，造成无法形成单分子层油膜，故A错误；测算分子的直径时，假设的前提必须是将油酸分子看成球形分子，忽略分子的间隙，并且把油膜看成单分子油膜，故B、C正确；测量油膜面积时，由于不足一格的正方形面积无法估读，超过半格的算一格，不够半格的舍去，故D错误。
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V＝1×eq \f(6,104)×eq \f(1,75) mL＝8×10－6 mL＝8×10－12 m3，面积超过正方形一半的正方形的个数为82个，则油膜的面积S＝72×2×2 cm2＝3.28×10－2 m2，把油酸分子看成球形，且不考虑分子间的空隙，则油酸分子直径d＝eq \f(V,S)＝eq \f(8×10－12,3.28×10－2) m≈2×10－10 m。
(3)油酸酒精溶液滴入浅盘的水中后，迅速用笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，导致油酸分子未完全散开，导致测量的面积偏小，直径偏大。
6．(2023·江苏南通高二下月考)某班级做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验。实验前，老师将酒精加入1 mL的油酸中配制成1 000 mL的油酸酒精溶液。
(1)在实验时需要测量出一滴油酸酒精溶液的体积，具体的操作是：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液滴的数目。
(2)在浅盘中的水面上撒上痱子粉，将1滴油酸酒精溶液滴入水中后，下列现象或判断正确的是_A__。
A．油膜的面积先扩张后又稍微收缩了一些
B．油膜的面积先快速扩张后慢慢趋于稳定
(3)甲实验小组测得1 mL油酸酒精溶液为80滴，通过数1滴溶液在水面稳定后形成的油膜面积对应的正方形的个数得到油膜的面积为250 cm2，可估算油酸分子的直径为_5×10－10__m。(计算结果保留一位有效数字)
(4)当结束实验或重复做实验时，需将水从浅盘的一角倒出，在这个角的边缘会遗留少许油酸，为了保持浅盘的清洁，不影响下次使用，可以用适量_酒精__(选填“酒精”或“清水”)清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗。
解析：(1)在实验时需要测量出一滴油酸酒精溶液的体积，具体的操作是用注射器(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液滴的数目。(2)在浅盘中的水面上撒上痱子粉，将1滴油酸酒精溶液滴入水中后，可发现油膜的面积先扩张后又稍微收缩了一些，选项A正确，B错误。(3)一滴油酸酒精溶液中含油酸的体积V＝eq \f(1,1 000×80)×10－6 m3＝1.25×10－11 m3，油酸分子的直径为d＝eq \f(V,S)＝eq \f(1.25×10－11,250×10－4) m＝5×10－10 m。(4)可以用适量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗。
能力提升练
1．(2023·山东宁阳一中高二下测试)在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中：
(1)下列实验操作正确的是_C__。
A．浅盘中倒入的水越深越好
B．水面上多撒痱子粉比少撒好
C．要将适量的痱子粉均匀地撒在水面上
D．滴入液滴时要使滴管离水面尽可能高一些
(2)现有按酒精与油酸的体积比为m∶n配制好的油酸酒精溶液，用滴管从量筒中取体积为V的该种溶液，让其一滴一滴地滴出，全部滴完共N滴。把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，描绘出油膜的形状如图所示，已知坐标纸上每个小方格面积为S。可估算出油酸分子直径为d＝ eq \f(nV,8NSm＋n) 。
(3)在测量溶液体积时，滴数多数了几滴，会使得测量结果比真实值偏_小__。
解析：(1)浅盘中倒入约2 cm深的水，不是越深越好，故A错误；用油膜法估测油酸分子大小时，应将适量痱子粉均匀撒在水面，太多的痱子粉不便于形成单分子油膜，故B错误，C正确；滴管应在水面附近，不是离水面尽可能高，故D错误。(2)根据坐标纸上油酸薄膜的轮廓，数出轮廓范围内正方形的个数为8(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，又因为坐标纸上每个方格面积为S，则油膜面积为S0＝8S。设油酸的体积为V酸，油酸酒精溶液的体积浓度为eq \f(V酸,V液)＝eq \f(n,m＋n)，1滴油酸酒精溶液的体积V滴＝eq \f(V,N)，1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V0＝eq \f(n,m＋n)×eq \f(V,N)，可得油酸分子直径的表达式为d＝eq \f(V0,S0)＝eq \f(nV,8NSm＋n)。(3)由上式可知，滴数多数了几滴，N偏大，则d偏小。
2．(2023·福建厦门集美中学月考)某实验小组完成“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。
(1)该小组进行下列实验操作，请选出需要的实验操作，并将它们按操作先后顺序排列：D、_B、F、E__、C。(用字母符号表示)
(2)某次实验时，滴下油酸酒精溶液后，爽身粉迅速散开形成如图所示的“锯齿”边缘图案，出现该情况的可能原因是( B )
A．盆中装的水量太多
B．爽身粉撒得太多
C．盆太小，导致油酸无法形成单分子油膜
(3)某同学在实验中用最终得到的计算结果和大多数同学的计算结果进行比较，数据偏大，对出现这种结果的原因，下列说法可能正确的是( ACD )
A．错误地将一滴油酸酒精溶液的体积直接作为纯油酸的体积进行计算
B．计算油膜面积时，错将不足半格的方格作为1格处理
C．计算油膜面积时，只数了完整的方格数
D．水面上爽身粉撒得过多，油膜没有充分展开
解析：(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅盘→形成油膜→描绘油膜轮廓→计算油膜面积→计算油酸分子直径，故顺序为D、B、F、E、C。(2)当爽身粉撒得太多时，会导致油酸无法散开，从而形成锯齿状油膜，故选项B正确，A、C错误。(3)由d＝eq \f(V,S)可知，测量结果偏大有两个原因，一是油酸体积偏大，二是油膜面积偏小，故选项A、C、D正确，B错误。
3．在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中：
(1)本实验中做了三个理想化假设：①将油酸分子视为球形；②_将油膜看成单分子油膜__。③_油酸分子紧挨在一起__。
(2)需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是_使油酸在浅盘中的水面上容易形成单分子油膜__。
(3)某同学进行了如下操作：
①在浅盘内盛一定量的水，滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；
②在量筒中滴入一滴油酸酒精溶液，测出它的体积；
③在浅盘上覆盖透明玻璃，油膜稳定后描出油膜形状，再用方格纸测量油膜面积；
④取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液；
⑤用一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积，得到油酸分子直径。
A．上述步骤中有错误或疏漏的是_①②⑤__；B.改正后，上述步骤的正确顺序是_④②①③⑤__。
(4)配制好浓度(单位体积溶液中含有纯油酸的体积)为0.06%的油酸酒精溶液，1 mL上述溶液用注射器刚好滴75滴；形成油酸薄膜，如图为油膜稳定后的形状，每个正方形小方格的边长为10 mm。下列有关该实验的说法正确的有_B__。
A．油膜的面积为100 mm2
B．一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为8.0×10－6 mL
C．油酸分子的直径约为7.4×10－9 m
D．油酸未完全散开，会使计算结果比实际值偏小
解析：(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中做了三个理想化假设：①将油酸分子视为球形；②将油膜看成单分子油膜；③认为油酸分子是紧挨在一起的(不考虑油酸分子间间隙)。(2)将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是使油酸在浅盘中的水面上容易形成单分子油膜。(3)A.①在浅盘内盛一定量的水，向浅盘中的水面均匀地撒入爽身粉后才可以滴入油酸酒精溶液；②把油酸酒精溶液一滴一滴滴入量筒中，当体积达到1 mL时记下滴入的滴数，根据油酸酒精溶液的配制比例，计算出每滴溶液中纯油酸的体积；⑤用一滴溶液中纯油酸的体积除以油膜面积，得到油酸分子直径。故上述步骤中有错误或疏漏的是①②⑤。B.改正后正确的顺序为④②①③⑤。(4)由题图知，油膜轮廓范围内的正方形小方格的格数为114，则油膜面积为114×10×10 mm2＝1.14×104 mm2，故A错误；一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V＝eq \f(1,75)×0.06% mL＝8.0×10－6 mL，故B正确；油酸分子的直径约为d＝eq \f(V,S)＝eq \f(8.0×10－12,1.14×10－2) m＝7.0×10－10 m，故C错误；油酸未完全散开，测出的油膜面积S偏小，则计算结果偏大，故D错误。
4．测量分子的直径有很多方法，除一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10－10 m。在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，具体操作如下：
①取0.1 mL油酸注入250 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250 mL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，直到量筒中溶液增加1 mL时，恰好共滴了100滴；
③在边长约40 cm的浅盘内注入约2 cm深的水，将爽身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1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，膜上没有爽身粉，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小方格边长为1 cm的方格纸上，如图所示。算出完整的方格有55个，大于半格的有15个。
(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的科学依据是( ABD )
A．将油膜看成是单层油酸分子铺成的
B．不考虑各油酸分子间的空隙
C．考虑了各油酸分子间的空隙
D．将油酸分子看成球形
(2)利用上述具体操作中的有关数据可知1滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为_4.0×10－12__m3，油膜面积为_7.0×10－3__ m2，求得的油酸分子直径为_5.7×10－10__ m。(结果保留两位有效数字)
(3)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ρ。则下列说法正确的是_B__。
A．1 kg油酸所含有分子数为ρNA
B．1 m3油酸所含分子数为eq \f(ρNA,M)
C．1个油酸分子的质量为eq \f(NA,m)
D．油酸分子的直径约为eq \f(\r(3,6M),ρNA)
(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体积分数比计算值小一些。
乙在计算注射器滴出的每1滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的粗，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的大。
丙在计算油膜面积时，把凡是半格左右的方格都算成了一格，导致计算的油膜面积比实际面积大一些。
请分析：这三位同学的错误操作会导致实验测得的油酸分子直径偏大还是偏小？说明理由。
答案：(4)见解析
解析：(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的基本原理：①让油酸尽可能散开，形成单分子油膜；②把油酸分子看成球形；③不考虑分子之间的空隙。故A、B、D正确，C错误。(2)1滴溶液中含油酸的体积为V＝eq \f(1,100)×eq \f(0.1,250) mL＝4.0×10－6 mL＝4.0×10－12 m3，由题图可知，由于每格边长为1 cm，则每一格面积为1 cm2，估算油膜面积时，超过半格的按一格计算，小于半格的舍去。
则油膜面积S＝70 cm2＝7.0×10－3 m2
所以油酸分子直径为d＝eq \f(V,S)＝eq \f(4.0×10－12,7.0×10－3) m＝5.7×10－10 m。(3)1 kg油酸所含有分子数为N＝eq \f(1,M)·NA＝eq \f(NA,M)，故A错误；1 m3油酸所含分子数为N1＝eq \f(1,\f(M,ρ))·NA＝eq \f(ρNA,M)，故B正确；1个油酸分子的质量为M0＝eq \f(M,NA)，故C错误；设油酸分子的直径为d，则有eq \f(4,3)πeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,2)))3＝eq \f(M,ρNA)，解得d＝eq \r(3,\f(6M,πρΝA))，故D错误。(4)甲同学的操作会导致测量结果偏大，实际配置的油酸酒精溶液体积分数偏小，导致1滴油酸酒精溶液内纯油酸体积的计算值偏大，因此，分子直径的计算结果偏大；乙同学的操作会导致测量结果偏小，乙同学滴在水面上的这滴油酸酒精溶液的体积比已计算好的1滴油酸酒精溶液体积要大，形成的油膜面积偏大，因此，分子直径的计算结果偏小；丙同学的操作会导致测量结果偏小，丙同学把凡是半格左右的方格都算成一格，导致计算的油膜面积比实际面积大，因此，分子直径的计算结果偏小。