1、学案 2 测量分子的大小 学习目标定位1.会用油膜法估测分子的大小.2.体会通过测量宏观量估算微观量的方法 1分子直径的数量级是 1010 _m. 2一般认为，组成固体和液体的分子是紧密排列的 实验原理 把一滴油酸(事先测出其体积 V)滴在水面上，在水面上形成油酸薄膜，认为是单分子油 膜，且把分子看成球形，如图 1 所示油膜的厚度就是油酸分子的直径 d，测出油膜面积 S，则分子直径 D . VS 图 1 实验器材 已稀释的油酸若干毫升、浅盘、痱子粉(或细石膏粉)、注射器、量筒、带方格的透明塑料 盖板、彩笔. 一、实验步骤 1用注射器取出已稀释好的油酸，缓缓推动活塞，使其一滴一滴地滴入量筒，记下
2、量筒内 增加一定体积 V1时的滴数 n，算出一滴稀释油酸的体积 V .再根据其中油酸的浓度 V1n ，算出一滴油酸中的纯油酸体积 V V . 2在水平放置的浅盘中倒入约 2cm 深的水，然后将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上， 再用注射器将稀释好的油酸滴一滴在水面上，一会儿就会在水面上形成一层形状不规则的 油酸薄膜 3待油酸薄膜稳定后，将塑料盖板板平放到浅盘上，然后用彩笔将油膜的形状画在塑料盖 板上 4估算出油膜的面积 S(以塑料盖板上的正方形为单位，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根据测出的一滴稀释油酸里纯油酸的体积 V 和油酸薄膜的面积 S，可求出油膜的
3、厚度 d，则 d 可看作油酸分子的直径，即 d . VS 延伸思考 1实验中为什么用油酸而不用其它液体？ 答案 油酸能在水面上形成单分子层油膜，油酸分子的一端对水有很强的亲和力，被水吸 引在水中，另一端对水没有亲和力，便冒出水面，油酸分子都是直立在水面上的，单分子 油膜的厚度等于油酸分子的长度若把分子当成小球，油膜的厚度也就等于分子的直径(如 图所示) 2实验中为什么用酒精对油酸进行稀释？ 答案 用酒精对油酸进行稀释有利于获取更小体积的纯油滴，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 3实验中为什么在水面上撒痱子粉？ 答案 撒痱子粉后，便于观察所形成的油膜的轮廓
4、二、注意事项 1油酸稀释好后，不要长时间放置，以免改变浓度，影响实验 2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，这是由于针头中酒精挥发所致，不影响实验效果 3待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓扩散后又收缩有两个原因：第一， 水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩 4做完实验后，把水从盘的一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，然后用脱脂棉擦去，最后 用水冲洗，以保持盘的清洁 三、误差分析 1稀释油酸的实际浓度和理论值间存在偏差； 2一滴稀释油酸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
5、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”(即不足半个的舍去，多于半个的算一个)计算获得的油膜面积与实际的 油膜面积间存在偏差 一、实验原理及步骤 例 1 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 0.1mL 的量筒、盛有适量清水的 45cm50cm 浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、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%油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入 1mL 油酸酒精溶 液时的滴数 N B将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为 0.0
6、5%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 n C_ 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 1cm 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 Scm2 (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为_cm. 解析 (1)由步骤 D 即可提示出，步骤 C 应该是：将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜 的形状画在玻璃板上 (2)d m VS 110 60.05%nNS10 4 n102 m cm. 0.05%NS 0.05%nNS 答案 (1)见解析 (2) 0.05%nN
7、S 例 2 (双选)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 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，而酒精已溶于水或挥发，故 A、B 对，C 错，油酸分子直径的数量级为 1010 m，故 D 错 答案 AB 二、实验数据处理 例 3 在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为 104mL 溶液中有 纯油
8、酸 6mL.用注射器测得 1mL 上述溶液中有液滴 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 2 所示，坐标纸中正方形小方格的边长为 20mm. 图 2 (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，估测出油酸分子的直径 解析 (1)用互补法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 个的舍去)为 58 个，油膜面积约为 S58(0.02) 2m20.0232m 2. (2)因为 50 滴油酸酒精溶液的体积为 1mL，
9、且能求出溶液中含纯油酸的浓度为 ，故 6104 每滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为 V0 6104 mL1.210 11 m3. Vn 150 (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 V0S m5.210 10 m. 1.210 110.0232 答案 (1)0.0232m 2 (2)1.210 11 m3 (3)5.21010 m 测量分子的大小Error! 1(实验原理及步骤)(单选)利用油膜法估测分子的直径，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
10、油膜的最大面积 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 VS 酒精溶液中纯油酸的体积和它散成单分子油膜的面积 2(实验原理及步骤)(单选)为了减小“用油膜法估测分子的大小”的误差，下列方法可行 的是( ) A用注射器取 1mL 配制好的油酸酒精溶液，共可滴 N 滴，则每滴中含有油酸 mL 1N B把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小一些 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
11、以其中油酸的浓度才是油酸的体积，A 项错；B 1N 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(实验数据处理)(单选)利用单分子油膜法可以粗测分子的大小和阿伏加德罗常数，如果 已知体积为 V 的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为 S，这种油的摩尔质量为 M，密度为 ，则阿伏加德罗常数 NA可表示为( ) A NA B NA 6MS3 V3 8MS3 V2 C NA D
12、NA MS34 V3 6MS3 2V3 答案 A 解析 分子直径 d ，一个分子的体积 V0 3 ，摩尔体积 Vm ，阿伏加德 VS 43 (d2) V36S3 M 罗常数 NA . VmV0 6MS3 V3 4(实验数据处理)将 1mL 的纯油酸配成 500mL 的油酸酒精溶液，待均匀溶解后，用滴管取 1mL 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. 现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为 200cm2，则估 算油酸分子的直径是_m(保留一位有效数字) 答案 0.005 510 10 解析 1mL 的纯油酸配成 500mL 的油酸酒精溶液，溶液的体积百分比浓度是 ，一滴溶液 1500 的体积是 V 0.005mL，一滴溶液所含油酸的体积 V0 0.005mL10 11 m3，所以 1mL200 1500 油酸分子的直径 d 510 10 m. V0S 10 11m320010 4
