最后更新: 2024-12-19 16:41 查看: 191 次高考专区考研专区公式专区刷题专区词条搜索

实验：用油膜法估测油酸分子的大小

1.实验原理
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.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，在水面上形成如图甲所示形状的一层纯油酸薄膜.如果算出一定体积的油酸在水面上形成的   单分子    油膜的面积，即可算出油酸分子的大小.用V表示一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积，用S表示单分子油膜的

面积，用d表示油酸分子的直径，如图乙所示，则d＝__V/S_.

![图片](/uploads/2024-12/875c51.jpg)
 
 2.实验器材
盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、坐标纸、玻璃板、爽身粉、量筒、彩笔等.
3.实验过程
(1)配制油酸酒精溶液，取纯油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面到达500 mL刻度线为止.
(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，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0.
(3)向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将爽身粉均匀地撒在水面上.

(4)用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上.
(5)待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上.
(6)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个).
(7)根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝V/S  ，算出油酸薄膜的厚度d.
(8)重复以上实验步骤，多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小.

`例`某同学在实验室用油膜法测油酸分子直径.
(1)该实验的科学依据是_ 
A.将油膜看成单分子油膜
B.不考虑各个油酸分子间的间隙
C.考虑各个油酸分子间的间隙
D.将油酸分子看成球形

(2)实验主要步骤如下：
①向体积V油＝6 mL的油酸中加酒精，直至总量达到V总＝104 mL；
②用注射器吸取①中油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n＝75滴时，测得其体积恰好是V0＝1 mL；一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为__________ m3；

③先往浅盘里倒入2 cm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，数出轮廓范围内小方格的个数N，小方格的边长为L＝1 cm.

![图片](/uploads/2024-12/d1da80.jpg)
 
 (3)由图可知油膜面积为_________ m2；计算出油酸分子直径为__________ m.(以上结果均保留一位有效数字)

(4)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不足1 mL，则最终的测量结果将________(填“偏大”“偏小”或“无影响”).

解：（1）将油膜看成单分子油膜，油膜是呈单分子分布的，单分子油膜的厚度等于分子的直径，A正确；
不考虑各个油酸分子间的间隙，认为这些油酸分子是一个一个紧挨在一起的，分子之间没有间隙，B正确，C错误；
将油酸分子看成球形，测出油酸的体积V和形成单分子油膜的面积S，单分子油膜的厚度d＝V/S   ，可以认为厚度等于分子的直径，D正确.
（2）一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为 $V=\frac{1}{75} \times \frac{6}{10^4} mL=8 \times 10^{-6} mL$ $=8 \times 10^{-12} m^3$.

（3）由题图可知油膜面积为 $S=1 \times 10^{-2} m^2$油酸分子的直径为 $d=\frac{V}{S}=\frac{8 \times 10^{-12}}{1 \times 10^{-2}} m=8 \times 10^{-10} m$.

（4）若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不足1 mL，则代入计算的纯油酸的体积偏大，可知测量结果偏大.

`例`(1)如图所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是______(用符号表示).

![图片](/uploads/2024-12/c116a7.jpg)
 
 
 (2)取油酸1.0 mL注入250 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面到达250 mL的刻度线为止，得到油酸酒精混合溶液.用滴管吸取混合溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒内溶液达到1.0 mL为止，恰好共滴了100滴.取一滴混合溶液滴在浅盘内的水面上(已撒爽身粉)，数得油膜轮廓占面积为1 cm2小格子120格(不足半格舍去，多于半格算1格).则请估算油酸分子的直径为__________ m(结果保留2位有效数字).

(3)该同学做完实验后，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.计算油膜面积时，只数了完整的方格数
D.求每滴溶液中纯油酸的体积时，1 mL溶液的滴数多记了10滴

(4)用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油酸的____.
A.摩尔质量  			B.摩尔体积
C.质量  			D.体积

解：（1）“用油膜法估测油酸分子的大小”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再准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘测量油膜面积并计算分子直径，则操作先后顺序应是cadb；

（2）油膜面积约占 120 格，面积约为 $S=120 \times 1 \times 10^{-4} m^2=1.2 \times 10^{-2} m^2$
一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为 $V=\frac{1}{250} \times \frac{1}{100} \times 10^{-6} m^3=$ $4 \times 10^{-11} m^3$
油酸分子的直径约等于油膜的厚度 $d=\frac{V}{S}=\frac{4 \times 10^{-11}}{1.2 \times 10^{-2}} m \approx 3.3 \times 10^{-9} m$.

（3）计算油酸分子直径的公式是 $d=\frac{V}{S}$
$V$ 是纯油酸的体积， $S$ 是油膜的面积，将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，则 $r$ 取值偏大，导致 $d$ 偏大，故 $A$ 正确；
油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度增大，则 $I$ 取值偏小，导致 $d$ 偏小，故 $B$ 错误；
计算油膜面积时，只数了完整的方格数，则 $S$ 取值偏小，导致 $d$ 偏大，故C正确；
求每滴溶液中纯油酸的体积时， 1 mL 的溶液的滴数多记了 10 滴，由 $V_1=\frac{1}{n} mL$ 可知，纯油酸的体积将偏小，导致 $d$ 偏小，故 D 错误。

（4）设一个油酸分子体积为 $V$, 则 $V=\frac{4}{3} \pi\left(\frac{d}{2}\right)^3$, 由 $N_{ A }=\frac{V_{ mol }}{V}$ 可知, 要测定阿伏加德罗常数, 还需知道油酸的摩尔体积, 故 B 正确.

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