学案3实验十二：用油膜法估测分子的大小

1、 3.实验器材有哪些？实验器材有哪些？ 盛水浅盘、注射器盛水浅盘、注射器(或胶头滴管或胶头滴管)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或石膏或石膏粉粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔等。、油酸酒精溶液、量筒、彩笔等。 实验采用使油酸在水面形成一层单分子油膜的方法估测分子实验采用使油酸在水面形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小。油酸对水有很强的亲和力。当把一滴用酒精稀释过的油的大小。油酸对水有很强的亲和力。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

2、示形状的一层纯油酸单分子油很快挥发，在水面上形成如图甲所示形状的一层纯油酸单分子油膜。膜。学案学案3 实验十二：用油膜法估测分子的大小实验十二：用油膜法估测分子的大小1.实验目的是什么？实验目的是什么？（1）估测油酸分子的大小。）估测油酸分子的大小。（2）学会间接测量微观量的原理和方法。）学会间接测量微观量的原理和方法。2.实验原理是怎样的？实验原理是怎样的？图甲图甲图乙图乙 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，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，即可算出油酸分子直径的大小。用即可算出油酸分子直径的大小。用V表示一滴油酸酒精溶液中所含表示一滴油酸酒精溶液中所

3、含油酸的体积，用油酸的体积，用S表示单分子油膜的面积，用表示单分子油膜的面积，用d表示分子的直径，表示分子的直径，如图乙所示，则如图乙所示，则dV/S 一、实验过程一、实验过程 1.实验步骤实验步骤 (1)配制油酸酒精溶液。取配制油酸酒精溶液。取1 mL(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成的油酸溶于酒精中，制成200 mL的油酸酒的油酸酒精溶液。精溶液。 (2)往边长约为往边长约为30cm40cm的浅盘中倒入约的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉深的水，然后将痱子粉或石膏粉薄而均匀地撒在水面上。薄而均匀地撒在水面上。 (3)用滴管用滴管(或注射器或注射器)向量筒中滴入向量筒中滴入

4、n滴油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为滴油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为1mL，算出每滴油酸酒精溶液所含的油酸体积，算出每滴油酸酒精溶液所含的油酸体积V0(1/n)mL。 (4)用滴管用滴管(或注射器或注射器)向水面上滴入向水面上滴入1滴油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，滴油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜。形成单分子油膜。 (5)待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。膜的形状画在玻璃板上。 (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

5、面积。求面积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。求面积时，以坐标纸上边长为时，以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位，数出轮廓内正方形的个数，不足半个的的正方形为单位，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。舍去，多于半个的算一个。 (7)根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积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；据一滴油酸的体；据一滴油酸的体积积V和油膜的面积和油膜的面积S，算出油酸薄膜的厚度，算出油酸薄膜的厚度dV/S，即为油酸分子直径的大小。比较，即为油酸分子直径的大小。比较算出的分子直径大小，看其数量级算出的分子直径大

6、小，看其数量级(m为单位为单位)是否为是否为10-10m，若不是，若不是10-10 m须重做实须重做实验。验。 二、注意事项二、注意事项 1.为了防止油酸滴落时外溅，且容易形成较理想的油膜边界，滴油酸酒精溶为了防止油酸滴落时外溅，且容易形成较理想的油膜边界，滴油酸酒精溶液时针头离水面高度为液时针头离水面高度为1 cm较为适当。当针头靠近水面时较为适当。当针头靠近水面时(油滴未滴下油滴未滴下)，会发现，会发现针头下方的粉层已经被排开，这是由于针头中的酒精挥发所致，不影响实验效果。针头下方的粉层已经被排开，这是由于针头中的酒精挥发所致，不影响实验效果。 2.画轮廓时要等待油酸面扩散后又收缩稳定时才

7、可进行。油酸扩散后又收缩画轮廓时要等待油酸面扩散后又收缩稳定时才可进行。油酸扩散后又收缩有两个原因：一是由于水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复，二是酒精挥发时液面收有两个原因：一是由于水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复，二是酒精挥发时液面收缩。缩。2.数据处理数据处理根据上面记录的数据，完成以下表格内容。根据上面记录的数据，完成以下表格内容。实验次数实验次数量筒内增加量筒内增加1 mL溶液时的滴数溶液时的滴数轮廓内的小格子数轮廓内的小格子数轮廓面积轮廓面积S12实验次数实验次数一滴溶液中纯油一滴溶液中纯油酸的体积酸的体积V分子的大小分子的大小(m)平均值平均值12 3.因为水和油酸都是无色透明的液体，所以

8、要用痱子粉来显示油因为水和油酸都是无色透明的液体，所以要用痱子粉来显示油膜的边界。注意要从浅盘的中央加痱子粉。由于加痱子粉后水的表面膜的边界。注意要从浅盘的中央加痱子粉。由于加痱子粉后水的表面张力系数变小，水将粉拉开，同时粉粒之间又存在着排斥作用，痱子张力系数变小，水将粉拉开，同时粉粒之间又存在着排斥作用，痱子粉会自动扩散至均匀。粉会自动扩散至均匀。 4.当重做实验时，将水从浅盘的一侧边缘倒出时，在这侧边缘会当重做实验时，将水从浅盘的一侧边缘倒出时，在这侧边缘会残留油酸，为防止影响下次实验时油酸的扩散和油膜面积的测量，可残留油酸，为防止影响下次实验时油酸的扩散和油膜面积的测量，可用少量酒精清洗

9、，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁。清洁。 5.本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合要求即本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。可。 三、误差分析三、误差分析 1.纯油酸体积的计算误差。纯油酸体积的计算误差。 2.油膜面积的测量误差。油膜面积的测量误差。 (1)油膜形状的画线误差；油膜形状的画线误差； (2)数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差。数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差。例题在例题在“用油膜法估测分子的大小用油膜法估测分子的大小”的实验中，所用油酸酒精的实验中

10、，所用油酸酒精 溶液的浓度为每溶液的浓度为每104 mL溶液中含有纯油酸溶液中含有纯油酸6mL，用注射器，用注射器 测得测得1mL上述溶液为上述溶液为75滴，把滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，滴该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，用笔在玻璃板上描待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描 绘出油酸膜的轮廓形状，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状绘出油酸膜的轮廓形状，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状 和尺寸如图和尺寸如图3.3-3-1所示，坐标纸中正方形方格的边长为所示，坐标纸中正方形方格的边长为1cm， 试求：试求： (1)油酸膜的面积是油酸膜的面积是 cm2； (

11、2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 mL； (3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径是按以上实验数据估测出油酸分子的直径是 m(2)，(3)两问答案保两问答案保 留一位有效数字留一位有效数字。 (1)由题图可知，油酸薄膜轮廓内的正方形个数为由题图可知，油酸薄膜轮廓内的正方形个数为110个，则油酸膜的面个，则油酸膜的面积是积是S11011 cm2110 cm2 (2)1mL溶液中含有纯油酸的体积为溶液中含有纯油酸的体积为 mL，则，则1滴该溶液中含有纯油酸的体积为滴该溶液中含有纯油酸的体积为 mL= 810-6 mL (3) m710-10 m。图图3.

12、3-3-1110810-6710-1041064106751 V4336101101010108 SVd 方法点拨：方法点拨： (1)利用坐标纸计算面积时，大于半个的算一个，少于半个的应利用坐标纸计算面积时，大于半个的算一个，少于半个的应舍去。舍去。 (2)d=V/S中的中的V应为应为1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积。滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积。“用油膜法估测分子的大小用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下实验的简要步骤如下:A.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数(不足半个的舍不足半个的舍 去，多于半个的算一个去

13、，多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油酸膜的面积，再根据方格的边长求出油酸膜的面积S。B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘 上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上。上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上。C.用浅盘装入约用浅盘装入约2 cm深的水。深的水。D.用公式用公式dV/S，求出薄膜厚度，即油酸分子直径的大小。，求出薄膜厚度，即油酸分子直径的大小。E.根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积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。上述步骤中有步骤遗漏或步骤

14、不完整的，请指出：上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完整的，请指出：(1)。(2) 。上述实验步骤的合理顺序是上述实验步骤的合理顺序是 。某同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较，数据偏大，对出现这种某同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较，数据偏大，对出现这种结果的原因，下列说法中可能正确的是结果的原因，下列说法中可能正确的是 。A.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算B.计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理C.计算油酸膜面积时，只数了完整的方格数计算

15、油酸膜面积时，只数了完整的方格数D.水面上痱子粉撒得较多，油酸薄膜没有充分展开水面上痱子粉撒得较多，油酸薄膜没有充分展开 (1)C步骤中，要在水面上撒上痱子粉或石膏粉步骤中，要在水面上撒上痱子粉或石膏粉 (2)实验时，还需要：实验时，还需要：F.用注射器或滴管将事先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。实验步骤的合量筒内增加一定体积时液滴的数目。实验步骤的合理顺序是理顺序是CFBAED。正确的说法是。正确的说法是A、C、D。1.“用油膜法估测分子的大小用油膜法估测分子的大小”实验的科学依据是实

16、验的科学依据是( ) A.将油酸形成的膜看成单分子油膜将油酸形成的膜看成单分子油膜 B.不考虑各油酸分子间的间隙不考虑各油酸分子间的间隙 C.考虑各油酸分子间的间隙考虑各油酸分子间的间隙 D.把油酸分子看成球形把油酸分子看成球形 “用油膜法估测分子的大小用油膜法估测分子的大小”的原理是将一滴油酸的原理是将一滴油酸（体积为（体积为V）滴入水中，使之形成一层单分子油膜，成为）滴入水中，使之形成一层单分子油膜，成为一个一个单层排列的球形体。显然，球形体的直径即为单一个一个单层排列的球形体。显然，球形体的直径即为单分子油膜厚度分子油膜厚度d，则有，则有dV/S。所以。所以“用油膜法估测分子的用油膜法估

17、测分子的大小大小”实验的科学依据是实验的科学依据是A、B、D。ABD 由由dV/S知，选项知，选项A、C会导致油膜面积偏小，会会导致油膜面积偏小，会使使d偏大；选项偏大；选项B、D会使油酸体积偏小，分子直径会使油酸体积偏小，分子直径d偏小。偏小。2.某同学在做某同学在做“用油膜法估测分子的大小用油膜法估测分子的大小”的实验时，计算的实验时，计算结结 果偏大，可能是由于果偏大，可能是由于( ) A.油酸未完全散开油酸未完全散开 B.油酸溶液浓度低于实际值油酸溶液浓度低于实际值 C.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格 D.求每滴体积时，求每滴体积时，1

18、 mL的溶液的滴数多记了的溶液的滴数多记了10滴滴AC3.在在“油膜法估测油酸分子的大小油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：实验中，有下列实验步骤： 往边长约为往边长约为40 cm的浅盘里倒入约的浅盘里倒入约2 cm深的水，待水面稳定后将适量的深的水，待水面稳定后将适量的 痱子粉均匀地撒在水面上。痱子粉均匀地撒在水面上。 用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴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。滴在水面上，待薄膜形状稳定。 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

19、面积计算出油酸分子直径的大小。油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。 用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量 筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。 将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。 完成下列填空：完成下列填空： (1)上述步骤中，正确的顺序是上述步骤中，正确的顺序是_。(填写步骤前面的数字填写步骤前面的数字) (2)将将1 cm3的油酸溶于

20、酒精，制成的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得的油酸酒精溶液；测得1 cm3的的 油酸酒精溶液有油酸酒精溶液有50滴，现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所滴，现取一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，由此估算出油酸分子的直径为 _m。(结果保留一位有效数字结果保留一位有效数字)510-104.在在“用单分子油膜估测分子大小用单分子油膜估测分子大小”实验中，实验中， (1)某同学操作步骤如下：某同学操作步骤如下： 取一定的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液取一定的无水酒精和油酸，制成一定

21、浓度的油酸酒精溶液; 在量筒中滴入在量筒中滴入1滴该溶液，测出它的体积；滴该溶液，测出它的体积； 在蒸发皿内盛一定的水，再滴入在蒸发皿内盛一定的水，再滴入1滴油酸酒精溶液，待其散开稳定。滴油酸酒精溶液，待其散开稳定。 在蒸发皿上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜在蒸发皿上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜 的面积。的面积。 改正其中的错误：改正其中的错误：_ _。 (2)若油酸酒精溶液体积浓度为若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为，一滴溶液的体积为4.810-3mL, 其形成的油膜面积为其形成的油膜面积为40 cm2，则估测出油酸分子的直径为，则估测

22、出油酸分子的直径为 _m。1.210-9在量筒中滴入在量筒中滴入n滴溶液滴溶液在水面上先撒上痱子粉在水面上先撒上痱子粉5.油酸酒精溶液的浓度为每油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸油酸酒精溶液中有油酸 0.6 mL,现用滴管向量筒加现用滴管向量筒加50滴上述溶液，量筒中的溶液体滴上述溶液，量筒中的溶液体 积增加了积增加了1 mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入盛水足，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入盛水足 够的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后够的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后 形成的纯油膜的形状如图形成的纯油膜的形状如图3.3-3-2所示。若每

23、一小方格的边所示。若每一小方格的边 长为长为25 mm，试问：，试问： (1)这种估测方法是将每个油酸分子视为这种估测方法是将每个油酸分子视为_模型，让油酸尽可能地在模型，让油酸尽可能地在 水面上散开，则形成的油膜可视为水面上散开，则形成的油膜可视为_油膜，这层油膜的厚度可油膜，这层油膜的厚度可 视为油酸分子的视为油酸分子的_。图中油酸膜的面积为。图中油酸膜的面积为_m2;每滴每滴 油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是_m3;根据上述数据，根据上述数据， 估测出油酸分子的直径是估测出油酸分子的直径是_m。(结果保留两位有效数字结果保留两位有效数字) (2)某同学在实验过

24、程中，在距水平面约某同学在实验过程中，在距水平面约2 cm的位置将一滴油酸酒精溶液的位置将一滴油酸酒精溶液 滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了 一些，这是为什么呢？一些，这是为什么呢？ 请写出你分析的原因：请写出你分析的原因： 主要有两个原因：水面受到落下油滴的冲击，先陷主要有两个原因：水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积扩张；油酸酒精溶液下后又恢复水平，因此油膜的面积扩张；油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩。中的酒精挥发，使液面收缩。图图3.3-3-2球体球体单分子单分子直径直径1.210-112.710-104.410-26.某同学在进行某同学在进行“用油膜法估测分子的大小用油膜法估测分子的大小”的实验前，查的实验前，查阅数据手册得知：油酸的摩尔质量阅数据手册得知：油酸的摩尔质量M0.283 kgmol -1，密，密度度0.895103 kgm-3。若。若