教科版选修33 1.2学生实验：用油膜法估测油酸分子的大小 学案.doc

2学生实验：用油膜法估测油酸分子的大小学习目标1.知道用油膜法测分子大小的原理，并能进行测量和计算.2.体会通过测量宏观量估算微观量的方法导学探究如图1是用油膜法估测分子的大小时在水面上形成的油酸膜的形状图1(1)实验中为什么不直接用纯油酸而是用被稀释过的油酸酒精溶液？(2)实验中为什么在水面上撒痱子粉(或滑石粉)?(3)实验中可以采用什么方法测量油膜的面积？答案(1)用酒精对油酸进行稀释有利于获取更小体积的纯油酸，这样更有利于油酸在水面上形成单分子油膜同时酒精易挥发，不影响测量结果(2)撒痱子粉(或细石膏粉)后，便于观察所形成的油膜的轮廓(3)运用数格子法测油膜面积多于半个的算一个，少于半个的舍去这种方法所取方格的单位越小，计算的面积误差越小知识梳理用油膜法估测油酸分子的大小1实验原理把一滴油酸(事先测出其体积v)滴在水面上，油酸在水面上形成油酸薄膜，将其认为是单分子层，且把分子看成球形油膜的厚度就是油酸分子的直径d，测出油膜面积s，则油酸分子直径 d.2实验器材配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、痱子粉(或滑石粉)、注射器、量筒、玻璃板、细彩笔、坐标纸、水3实验步骤(1)用注射器取出事先按一定比例配制好的油酸酒精溶液，缓缓推动活塞，使溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积v1时的滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积v0.(2)在水平放置的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉(或滑石粉)均匀地撒在水面上，再用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上(3)待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板平放到浅盘上，然后用细彩笔将油膜的形状画在玻璃板上(4)将画有油膜形状的玻璃板放在坐标纸上，算出油膜的面积s(以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内的正方形个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)(5)根据油酸酒精溶液的浓度和已测出的一滴油酸酒精溶液的体积v0，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积vv0.(6)用公式d(d为油酸分子直径)计算，得到油酸分子的大小4注意事项(1)油酸酒精溶液配制好后，不要长时间放置，以免浓度改变，产生误差油酸酒精溶液的浓度以小于为宜(2)待测油酸溶液的液面扩散后又收缩，要在液面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(3)当做完实验后，水从盘的一侧边缘倒出，在该侧边缘会残留少量油酸，可用酒精清洗，并用脱脂棉擦拭，再用清水冲洗，这样做可保持盘的清洁(4)描绘油膜轮廓时，眼睛的视线、笔尖与油膜轮廓要在同一竖直线上，以减小油膜面积的测量误差在描绘油膜轮廓时注意不要振动或移动水盘，以免油膜形状发生变化，影响面积的测量即学即用根据实验“用油膜法估测油酸分子的大小”，判断下列说法的正误(1)用注射器向量筒里逐滴滴入配制好的溶液至1毫升，记下滴数n，则1滴溶液含纯油酸的体积v ml.()(2)为了更精确地测出油膜的面积，应用牙签把水面上的油膜拨弄成矩形()(3)若撒入水中的痱子粉太多，会使油酸未完全散开，从而使测出的分子直径偏小()(4)若滴在水面的油酸酒精溶液体积为v，铺开的油膜面积为s，则可估算出油酸分子直径为.()(5)在玻璃板上描出的油膜轮廓如图2所示已知坐标纸的小方格为边长为1 cm的正方形，则油膜的面积约为72 cm2.()图2一、实验原理及步骤例1(多选)油膜法粗略测定分子直径的实验基础是()a把油酸分子视为球形，其直径即为油膜的厚度b让油酸在水面上充分散开，形成单分子油膜c油酸分子的直径等于滴到水面上的油酸酒精溶液的体积除以油膜的面积d油酸分子直径的数量级是1015 m答案ab解析油酸在水面上形成单分子油膜，将油酸分子视为球形，其分子直径即为膜的厚度，它等于滴在水面上的纯油酸的体积除以油膜的面积，而酒精溶于水或挥发掉，故a、b对，c错，油酸分子直径的数量级为1010 m，故d错例2用油膜法估测油酸分子的大小，实验器材有：浓度为0.05% (体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度为0.1 ml 的量筒、盛有适量清水的4550 cm2的浅盘、痱子粉、胶头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸(1)下面是实验步骤，请填写所缺的步骤c.a用滴管将浓度为0.05% 的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1 ml 油酸酒精溶液时的滴数nb将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数nc_d将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，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，算出油酸薄膜的面积 s cm2(2)用已给的和测得的物理量表示单个油膜分子的直径大小_cm.答案(1)见解析(2)解析(1)由步骤d可知，步骤c应该是：待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板平放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上(2)d m102 m cm.二、实验数据处理例3在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，104 ml油酸酒精溶液中有纯油酸6 ml.用注射器测得1 ml上述溶液中有50滴把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待油膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，然后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图3所示，坐标纸中正方形小方格的边长为20 mm.图3(1)油膜的面积是多少？(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？(3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径答案(1)2.32102 m2(2)1.21011 m3(3)5.21010 m解析(1)数出在油膜轮廓范围内的格子数(面积大于半个方格的算一个，不足半个方格的舍去不算)为58个，油膜面积约为s58(0.02)2 m22.32102 m2.(2)因为50滴油酸酒精溶液的体积为1 ml，且能求出溶液中含纯油酸的浓度为6104，故每滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为v06104 ml1.21011 m3.(3)把油膜的厚度视为油酸分子的直径，可估算出油酸分子的直径为d m5.21010 m.(1)纯油酸体积v的计算若油酸酒精溶液的浓度为，n滴该溶液的体积为v1，则一滴该溶液中的油酸体积v.(2)油膜面积s的计算用数格子法(不足半个的舍去，多于半个的算一个，即“四舍五入”法)求出油膜面积1利用油膜法估测油酸分子的直径，需要测量的物理量是()a一滴油酸酒精溶液中纯油酸的质量和它的密度b一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和它的密度c一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和它散成油膜的面积d所形成油膜的厚度和它的密度答案c解析用油膜法估测油酸分子直径时，所用的计算公式是d，式中v、s分别表示一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和它散成单分子油膜的面积2为了减小“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的误差，下列方法可行的是()a用注射器取1 ml配制好的油酸酒精溶液，共可滴n滴，则每滴中含有油酸 mlb把浅盘水平放置，在浅盘里倒入约2 cm深的水c先在浅盘中撒些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液多滴几滴在水面上d用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成矩形答案b解析 ml是一滴油酸酒精溶液的体积，乘以其中油酸的浓度才是油酸的体积，a项错；b项的做法是正确的；多滴几滴能够使测量形成油膜的油酸体积更精确些，但多滴以后会使油膜面积增大，可能使油膜这个不规则形状的一部分与浅盘的壁相接触，这样油膜就不是单分子油膜了，故c项错；d项中的做法没有必要，并且牙签上沾有油酸，会使油酸体积测量误差增大3在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，用注射器将一滴油酸酒精溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图4所示，坐标纸上正方形小方格的边长为10 mm，该油酸膜的面积是_m2；若一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是4106 ml，则油酸分子的直径是_ m(上述结果均保留一位有效数字) 图4答案810351010解析由于小方格的个数为80个，故油酸膜的面积是s80100106 m28103 m2；d m51010 m.4将1 ml 的纯油酸配成500 ml 的油酸酒精溶液，待油酸均匀溶解后，用滴管取1 ml油酸酒精溶液，让其自然滴出，共200 滴，则每滴油酸酒精溶液的体积为_ ml.现在将一滴油酸酒精溶液滴到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为200 cm2，则估算油酸分子的直径是_ m(保留一位有效数字)答案0.00551010解析1 ml 的纯油酸配成500 ml的油酸酒精溶液，溶液的体积百分比浓度是 ，一滴溶液的体积是v0.005 ml，一滴溶液所含油酸的体积v00.005 ml1011 m3，所以油酸分子的直径d m51010 m.一、选择题1(多选)用油膜法估测油酸分子的大小时，采用的理想化条件是()a把在水面上尽可能充分散开的油膜视为单分子油膜b把形成单分子油膜的分子看作紧密排列的球形分子c把油膜视为单分子油膜，但需考虑分子间隙d将单分子视为立方体模型答案ab解析由用油膜法估测油酸分子的大小的实验可知，将含有纯油酸体积为v的油酸酒精溶液滴在水面上，形成面积为s的油膜，由此可以估算出油酸分子的直径为d，这显然是将油膜视为单分子层，将油酸分子视为球形且认为分子是紧密排列的，故选a、b.2用油膜法估测油酸分子的大小的实验中，下列操作正确的是()a将纯油酸直接滴在水面上b向量筒中滴100滴调制好的油酸酒精溶液，读出其体积c用试管向水面倒油酸酒精溶液少许d计算油膜面积时，凡是占到方格的一部分的都计入方格的总数答案b解析油酸应先稀释成油酸酒精溶液，然后取一滴溶液滴在浅盘里，目的是形成单分子油膜，故a、c错误，b正确；计算油膜面积时应把占到方格一半以上的作为一个，少于半个的舍去，故d错误3用油膜法估测油酸分子的大小的实验中，下列操作错误的有()a油酸酒精溶液的浓度以小于 为宜b注射器针头高出水面的高度应在1 m以上c从盘的中央加痱子粉，待痱子粉均匀分布后加入油酸酒精溶液d用数格子法计算油膜面积时，不足半个的舍去，多于半个的算一个答案b解析注射器针头高出水面的高度应在1 cm之内，b项错误4将体积是106 cm3的油滴滴入水中，若油滴散开形成一层单分子油膜，则油膜面积的数量级是()a102 cm2 b102 cm2c106 cm2 d108 cm2答案a解析根据s可知，s102 cm2，a项正确5用油膜法估测油酸分子的大小的实验中，体积为v的油酸，在水面上形成近似圆形的单分子油膜，油膜直径为d，则油酸分子直径大小约为()a. b.c. d.答案a解析油膜的面积为sd2，所以油酸分子直径为d，故选a.6把体积为v1(ml)的油酸倒入适量的酒精中，稀释成体积为v2(ml)的油酸酒精溶液，测出1 ml油酸酒精溶液共有n滴；取一滴溶液滴入水中，最终在水中形成面积为s(cm2)的单分子层油膜，则该油酸分子的直径大约为()a. m b. mc. cm d. cm答案d解析一滴溶液中纯油酸的体积v，由d得d(注意单位)7某同学在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，计算结果明显偏大，可能是由于()a油酸未完全散开b油酸中含有大量的酒精c计算油膜面积时不足1格的全部按1格计算d求每滴溶液的体积时，1 ml的溶液的滴数多记了10滴答案a解析油酸分子直径d.计算结果明显偏大，可能是v取大了或s取小了油酸未完全散开，所测s偏小，d偏大，a正确；油酸中含有大量的酒精，不影响结果，b错误；若计算油膜面积时不足1格的全部按1格计算，会使s变大，d变小，c错误；若求每滴溶液的体积时，1 ml的溶液的滴数多记了10滴，会使v变小，d变小，d错误8(多选)在用油膜法估测油酸分子的大小的实验中，若已知油酸的摩尔质量为m，密度为，油酸质量为m，油酸在水面上扩散后的最大面积为s，阿伏伽德罗常量为na，以上各量均采用国际单位，那么()a油酸分子直径db油酸分子直径dc油酸所含分子数nnad油酸所含分子数nna答案bd解析在用油膜法估测油酸分子的大小的实验中，认为油膜的厚度为分子直径，油酸的质量为m，最大面积为s，则油酸的体积为v，油酸分子直径为d，选项a错，b对；油酸的物质的量为，油酸所含分子数为nna，选项c错，d对二、非选择题9在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的浓度为a，n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1所示)，测得油膜占有的正方形小格个数为x.图1(1)用以上字母表示油酸分子的大小d_.(2)从图中数得x_.答案(1)(2)62解析(1)n滴溶液的总体积为v，一滴溶液的体积为，含有的油酸体积为，形成单分子层油膜，面积为xa2，油膜厚度即分子直径d.(2)油膜分子所占有方格的个数，以超过半格算一格，不够半格舍去的原则，对照图示的油酸膜，共有62格10在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，(1)某同学操作步骤如下：取一定量的无水酒精和油酸，配制成一定浓度的油酸酒精溶液；在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；在浅盘内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；在浅盘上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用