1、目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,用油膜法估测分子的大小 1.测量方法 油膜法是一种粗略测量分子大小的方法.把一滴油酸滴到水面上,油酸在水面上散开,形成单分子油膜,如果把分子看成球形,单分子油膜的厚度就可以认为等于分子的直径. 2.计算方法 如果一滴油酸的体积为V,单分子油膜的面积为S,则分子的直径为3.分子的大小 除一些有机物大分子外,多数分子直径的数量级都是10-10 m.我们可以通过什么途径观察分子的大小呢? 答案:用扫描隧道显微镜观察.,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一、实验的基本内容 1.实验目的 用单分子油膜法测分子的大小(直径). 2.实验原理 把体积为V
2、的油酸滴在水面上形成单分子油膜,测得油膜面积S,根据V=SD,得 ,D即为分子直径. 3.实验器材 油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅盘、玻璃板、彩笔、坐标纸、痱子粉、水.,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,4.实验步骤 (1)配制油酸酒精溶液. (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,记下量筒内增加一定体积时的滴数,由此求出1滴油酸酒精溶液的平均体积 (3)向浅盘中倒入清水,在水面上均匀地撒一层痱子粉,在水面上用滴管滴一滴油酸酒精溶液.当油层不再扩散、形状稳定时,就近似形成单分子油膜. (4)将玻璃板盖在浅盘上,用彩笔将油膜的形状描绘在玻璃板上. (5)将画有油
3、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).,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,(6)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,根据油酸的体积V和油膜的面积S算出油酸分子的直径. (7)洗净浅盘,擦去玻璃板上的油膜轮廓线,重复实验23次. (8)数据处理(9)得出结论:油酸分子直径约为10-10 m.,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,油酸分子的形状真的是球形吗?排列时是一个挨一个的吗? 答案:实际分子的结构很复杂,分子间有间隙,认为分子
4、是球形且一个紧挨一个排列,是一种近似模型,是对问题的简化处理.简化处理在物理学的研究和学习方面是很有用的.,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,【例1】 (多选)油膜法粗略测定分子直径的实验基础是( ) A.把油酸分子视为立方体,其棱长即为油膜的厚度 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体积除以油膜的面积 D.油酸分子直径的数量级是10-15 m 解析:油膜法测分子的直径时是把油酸分子视为球体,其直径为油膜的厚度,A项错误.油酸分子直径的数量级是10-10 m,D项错误.选项B、C正确. 答案:BC,一,二,知识精要,思考探究,典题例解
5、,迁移应用,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,用油膜法估测分子大小的实验方法及步骤如下: 向体积V油=1 mL的油酸中加酒精,直至总量达到V总=500 mL; 用注射器吸取中配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入n=100滴时,测得其体积恰好是V0=1 mL; 先往边长为3040 cm的浅盘里倒入2 cm深的水,然后将 均匀地撒在水面上; 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;,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,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
6、范围内小方格的个数N,小方格的边长l=20 mm. 根据以上信息,回答下列问题. (1)步骤中应填写: . (2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V是 mL. (3)油酸分子直径是 m.,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,答案:(1)痱子粉或细石膏粉 (2)210-5 (3)4.310-10 解析:(1)为了显示单分子油膜的形状,需要在水面上撒痱子粉或细石膏粉. (2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V=210-5 mL. (3)根据大于半个方格的算一个,小于半个方格的舍去,油膜形状占据的方格数大约为115个,故面积S=1152020 mm2=4.6104 mm2.,一,二,知识精要
7、,典题例解,迁移应用,二、对实验的深入理解 1.为什么要配制一定浓度的油酸溶液? 分子大小的数量级是10-10 m,而一小滴油酸的体积(注射器5号针头下的)大约为4.010-3 cm3(每1 cm3的油酸大约有250滴),如果这滴油酸铺成单分子膜,膜的面积是 ,实验室没有这么大的盆,即使提供这样的盆做起实验来也不方便,因此要稀释.,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,2.油酸溶液滴在水面上后,水面上的痱子粉为什么会迅速扩散开?油酸是一种有机酸,分子式为C17H33COOH,它的分子可以看作一圆柱模型(如图所示),一端是羧基COOH,与水有很强的亲和力而被水吸引,另一端是C17H33,与水没有
8、亲和力而要冒出水面,因此油酸滴到水面上后趋于均匀地扩散到水面.同时油酸滴到水面上后,降低了水的表面张力,油酸所在处的表面张力小于油酸未到处的表面张力,痱子粉在周围水的表面张力的作用下迅速聚集成一条轮廓线.,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,3.油酸溶液滴入水中后,发现油膜的面积开始比较大,紧接着迅速变小,然后稳定下来,这是为什么? 油酸溶液中含有大量的酒精,油酸溶液滴入水中后,开始在水面形成的油膜的面积比单纯的油膜面积要大,随着酒精在水中的溶解和在空气中的挥发,最后显示出的油膜面积会缩小.这也可用实验来验证,换用体积比相差很大的不同的油酸溶液重复实验,可以发现油膜的这种收缩现象有明显的差别
9、,当降低油酸溶液的浓度后,这种收缩现象会加强;增大油酸溶液的浓度后,这种收缩现象会减弱;如果用纯油酸,很难观察到这种收缩现象.,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,4.如何估算油酸分子的大小?为什么这样做? 油酸分子能够形成单层分子油膜,如图所示.忽略分子间的间隙,将分子看作一个个紧挨着的球体模型,这样分子球的直径也就成了膜的厚度D,所滴的这些油酸分子的体积如果是V,则有 ,其中S为膜的面积.,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,5.实验的误差主要来源于哪些方面? (1)实验时油酸酒精溶液的实际浓度和理论值存在偏差. (2)实验时1滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差. (3)实验时
10、痱子粉粒与油酸在水面上的实际情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏差. (4)实验时采用“互补法”(即不足半个格舍去,多于半个格的算一个格)计算获得的油酸膜面积与实际的油膜面积间存在偏差.,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,【例2】 利用油膜法可粗略地测量分子的大小和阿伏加德罗常数.若已知n滴油的总体积为V,一滴油形成的油膜面积为S,这种油的摩尔质量为M,密度为,则每个油分子的直径D和阿伏加德罗常数NA分别为( ),一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,答案:A,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,1.(多选)某学生在用油膜法估测分子直径实验中,计算结果明显偏大,可能是由于(
11、) A.油酸未完全散开 B.油酸中含有大量酒精 C.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格 D.求每滴溶液体积时,1 mL的溶液的滴数错误地多记了10滴 答案:AC 解析:计算结果偏大,由公式 知,是体积的测量值偏大或面积的测量值偏小,A选项会引起油膜面积的测量值偏小,B项不影响,C项会造成面积值偏小;D项会引起体积的测量值偏小.,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,2.在做用油膜法估测分子大小的实验中,油酸酒精溶液的配比约为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL.用注射器测得1 mL上述溶液为75滴,把1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,用笔在玻璃板上描出油酸的轮
12、廓,再把玻璃板放在坐标纸上,其形状和尺寸如图所示,坐标中正方形方格的边长为1 cm.试求: (1)油酸膜的面积; (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积; (3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径.,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,答案:(1)106 cm2 (2)810-6 mL (3)7.510-10 m 解析:(1)由题图知,油膜面积S=1061 cm2=106 cm2.,案例探究,思悟升华,正确运用油膜法测分子直径 用油膜法估测分子的大小 实验器材: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、盛有适量清水的浅盘、痱子粉、胶头滴管、玻璃板、彩笔、坐标
13、纸(最小正方形边长为1 cm).则,案例探究,思悟升华,(1)下面给出的实验步骤中,正确排序应为 (填序号). A.待油酸薄膜的形状稳定后,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 B.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油酸酒精溶液的滴数N C.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,从低处向水面中央滴入一滴 D. 为估算油酸分子的直径,请补填最后一项实验步骤. (2)利用以上测量数据,写出单个油酸分子直径的表达式为 .,案例探究,思悟升华,解析:(1)根据实验原理可得,给出的实验步骤的正确排序为BCA,步骤D应为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.答案:(1)BCA 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,案例探究,思悟升华,实验操作的注意事项: (1)油酸酒精溶液配制比例要恰当; (2)量取1 mL油酸酒精溶液计量滴数时应尽量使每滴大小相同; (3)往水面上撒痱子粉时要适量、均匀; (4)要在滴入溶液稳定后再画轮廓; (5)计算面积数格数时要耐心细致.,
