实验十九用油膜法估测分子的大小

第十四章热学实验十九用油膜法估测分子的大小目录CONTENT立足“四层”·夯基础着眼“四翼”·探考点0201Part01立足“四层”·夯基础⁠一、实验目的

用油膜法估测油酸分子的大小。二、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（油酸分子简化成球形）。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，其中的酒精溶于水中并很快挥发，在水面上形成一层纯油酸薄膜，如图所示。

三、实验器材清水、酒精、油酸、量筒、浅盘（边长约30～40

cm）、注射器（或滴管）、玻璃板（或有机玻璃板）、彩笔、爽身粉（石膏粉）、坐标纸、容量瓶（500mL）。四、实验过程1.往边长约为30～40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，然后将爽身粉或石膏粉均匀地撒在水面上。2.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中，记下量筒内增加1mL时的滴数。3.用注射器或滴管将事先配制好的酒精油酸溶液滴在水面上一滴，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中，并很快挥发，在水面上形成如图所示形状的一层纯油酸薄膜。4.待油酸薄膜的形状稳定后，将事先准备好的有机玻璃板放在浅盘上，然后将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃上。5.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1cm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。6.根据配制的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V。7.根据一滴油酸的体积V和薄膜的面积S，即可算出油酸薄膜的厚度，即油酸分子的大小。

六、误差分析1.油酸酒精溶液的实际浓度和理论值间存在偏差。2.一滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差。3.油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏差。4.采用“互补法”（即不足半个舍去，大于半个的算一个）计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差。七、注意事项1.在水面上撒爽身粉或石膏粉时，注意不要触动浅盘中的水。2.在有机玻璃板上描绘轮廓时动作要轻而迅速，眼睛视线要始终与玻璃板垂直。3.油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度，产生误差。4.注射器针头高出水面的高度应在1cm之内。当针头靠水面很近（油酸未滴下之前）时，会发现针头下方的粉层已被排开，是由针头中酒精挥发所致，不影响实验效果。5.待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓。6.当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁。Part02着眼“四翼”·探考点⁠【典例1】

（1）在做“用油膜法估测油酸分子大小”的实验时，已经准备的器材有：油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔，要完成本实验，还缺少的器材有

⁠。解析

（1）在本实验中，要用量筒量取酒精和油酸，从而配制油酸酒精溶液，先在水槽中洒上爽身粉，再将用酒精稀释过的油酸用滴管滴到水面上，将玻璃板盖在水槽上，在玻璃板上铺上坐标纸，用彩笔画出油膜的边界，用数格子的方法得出形成的面积；则可根据体积公式求得分子直径，故实验中还需要：量筒、爽身粉及描绘图形的坐标纸。答案

（1）量筒、爽身粉、坐标纸（2）在“用油膜法估测分子大小”的实验中，在哪些方面作了理想化的假设

⁠；实验中滴在水面的是油酸酒精溶液而不是纯油酸，且只能滴一滴，这是因为

⁠；在将油酸酒精溶液滴向水面前，要先在水面上均匀撒些爽身粉，这样做是为了

⁠。解析

（2）在“用油膜法估测分子大小”的实验中，一般将油膜看成单分子膜，将油酸看作球形，将油酸分子看成是紧挨在一起的；实验中滴在水面上的是油酸酒精溶液而不是纯油酸，且只能滴一滴，这是因为纯油酸粘滞力较大，直接测量体积时误差太大；在滴入油滴之前，要先在水面上均匀撒上爽身粉，这样做的目的是使油膜边界清晰，便于描绘油膜形状。答案

（2）将油膜看成单分子膜，将油酸分子看作球形，将油酸分子看成是紧挨在一起的

纯油酸粘滞力较大，直接测量体积时误差太大

使油膜边界清晰，便于描绘油膜形状（3）下面4个图反映“用油膜法估测分子大小”实验中的4个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是

⁠（用符号表示）。

解析

（3）“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→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，因此操作先后顺序排列应是dacb。答案

（3）dacb

（4）在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为c，又用滴管测得每N滴这种油酸酒精溶液的总体积为V，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上（如图所示），测得油膜占有的小正方形个数为X。①每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积的表达式V0＝

⁠。②油膜的面积表达式S＝

⁠，从图中可数出小正方形的有效个数X＝

⁠。③用以上字母表示油酸分子的大小D＝

⁠。

【典例2】

（1）在用油膜法估测分子大小的实验中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入标注250mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250mL的溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图甲所示。坐标格的每个小正方形大小为2cm×2cm。由图可以估算出油膜的面积是

⁠cm2，由此估算出油酸分子的直径是

⁠m（保留1位有效数字）。

答案

（1）256（252～260都对）

8×10－10（2）图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43×10－8m的圆周而组成的，由此可以估算出铁原子的直径约为

⁠m（结果保留2位有效数字）。

答案

（2）9.4×10－10

⁠1.（2023·江苏省新高考适应性考试）在“用油膜法估测分子大小”的实验中，将1mL的纯油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1mL溶液为80滴，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，描出的油膜轮廓如图所示，数出油膜共占140个小方格，每格边长是0.5cm，由此估算出油酸分子直径为（

）A.7×10－8mB.1×10－8mC.7×10－10mD.1×10－10m

2.（2023·江苏连云港二模）在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，下列说法正确的是（

）A.为便于形成单分子油膜，配成的油酸酒精溶液浓度要低一些B.为使油酸和酒精充分混合，配成的溶液需静置较长时间C.为清晰显示油膜的边界，滴入油酸酒精溶液后再撒上痱子粉D.为减小实验误差，选用的玻璃板上正方形方格要大一些解析：A

为便于形成单分子油膜，配成的油酸酒精溶液浓度要低一些，A正确；为了减小误差，溶液应现配现用，故B错误；正确操作步骤应为在水面上先撒上痱子粉，再滴入一滴油酸酒精溶液，故C错误；为减小实验误差，选用的玻璃板上正方形方格要小一些，故D错误。Ⅰ.取油酸1.00mL注入800mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到800mL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。Ⅱ.用滴管吸取制得的溶液并逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒中的溶液达到1.00mL为止，恰好共滴了50滴。Ⅲ.在浅盘内注入蒸馏水，待水面稳定后将爽身粉均匀地撒在水面上，静置后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，油酸在水面上散开形成一层油膜。3.在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，具体操作如下：Ⅳ.待油膜稳定后，测得此油膜面积为1.30×102cm2。这种粗测方法是将每个分子视为球形，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜是由单层油酸分子组成的，这层油膜的厚度即可视为油酸分子的直径。求：（1）1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是

⁠mL。（结果保留2位有效数字）

答案：（1）2.5×10－5

（2）油酸分子直径是

⁠m。（结果保留2位有效数字）

答案：（2）1.9×10－9

（3）某学生在做该实验时，发现计算的直径偏大，可能的原因是

⁠。

A.爽身粉撒得过多B.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格C.计算每滴油酸酒精溶液的体积时，1mL的溶液的滴数少记了几滴D.在滴入量筒之前，配制的溶液在空气中搁置了较长时间解析：（3）水面上爽身粉撒得过多，油膜没有充分展开，则测量的面积S偏小，导致计算结果偏大，故A正确；计算油膜而积时，舍去了