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实验十三: 用油膜法估测分子的大小
一、实验目的
1．用油膜法估测分子的大小
2．加深对分子动理论基本内容的理解
3．学会间接测量微观量的方法
二、实验原理
1．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。
2．油酸的分子式为C17H33COOH，它的一个分子可以看成由两部分组成：一部分是C17H33——，另一部分是——COOH,其中——COOH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很快挥发，在水面上形成近似圆形的一层纯油酸薄膜，其中C17H33——一部分冒出水面而——COOH部分留在水中，油酸分子直立在水面上，形成一个单分子油膜。
3．单分子油膜法粗测分子直径的原理，类似于取一定量的小米，测出它的体积V，然后把它平摊在桌面上，上下不重叠，一粒紧挨一粒，量出这些米粒占据桌面的面积S，从而计算出米粒的直径。
4．通过测出油滴的体积V及油滴在液面上形成的单分子油膜面积S，运用油酸滴入水面前后的总体积相等，测定分子直径。
三、实验器材
浅盘、痱子粉、注射器（或滴管）、量筒、坐标纸、玻璃纸、水彩笔（或钢笔）、事先配制好的油酸酒精溶液。
四、实验步骤
1． 先在浅盘中倒入2～3cm深的水，将痱子粉或石膏粉均匀撒在水面上。
2． 用滴管将酒精油酸溶液逐滴滴入量筒至1ml，记下滴入的滴数n，算出一滴油酸溶液的体积V0/滴。
3． 待油酸薄膜形状稳定后，将玻板放在浅盘上，用水彩笔或钢笔画出油膜形状。
4． 将玻璃放在坐标纸上，算出油膜面积S；或通过数玻璃板上的方格数，算出油膜面积S。
5． 根据溶液浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V。
6． 用一滴纯油酸的体积V和薄膜面积S，即可计算出薄膜的厚度d = V/S。
五、数据处理
项目 油酸酒精 溶液浓度 1mL溶液 的滴数 一滴油酸酒精 溶液的体积 一滴油酸 的体积 油膜面积
数值
六、注意事项
1．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。油酸酒精溶液的浓度以小于l‰为宜。
2．注射器针头高出水面的高度应在1cm之内,当针头靠近水面(油酸酒精溶液没滴下之前)时，会发现针头下方的痱子粉末层已被排开，这是由于针头中酒精挥发所致，不影响实验效果.
3．实验时针管（或滴管）在接近水面1cm左右滴油酸溶液，并且在液面稳定后，画下液面形状。
4．在玻璃上画轮廓线时，要待测油酸面扩散后又收缩稳定后再画,这是因为：
（1） 水面受油酸酒精溶液液滴扩散冲击后又要恢复；
（2） 酒精挥发引起的液面收缩.
5．要保证1mL溶液的滴数，准确无误；要控制滴液滴时的速度，确保液滴体积稳定。
6．在计算面积时，如玻璃板上有直径1cm的方格，数方格数将不满半格的舍弃，超过半格的记为一格。
7．油酸酒精溶液的液滴要适当多一些。
8．每次实验时要让浅盘中的水稳定后再做。
9．痱子粉不宜撒得过厚，重做实验时，水要从盘的一侧边缘倒出，这样残留在盘上的油酸量少，容易清洗干净。
七、误差分析
1．纯油酸体积的计算误差:
2．油膜面积的测量误差主要是：
（1）油膜形状的画线误差
（2）数格子法本身是一种估算的方法，自然带来误差
八、常考题型
1、实验原理与步骤
2、数据处理与误差分析
3、实验改进与创新
例题
题型一：实验原理与步骤
(
例1.
（★）
利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0.1ml的量筒\,盛有适量清水的45×50cm
2
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%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0.05%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S
(2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的大小________(单位:cm)
)
【考点】实验原理与操作
【解析】本题考查油膜法测油酸分子直径的步骤及数据处理方法.
(1)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)每滴油酸酒精溶液的体积为
n滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为
所以单个油酸分子的大小为.
【答案】(1)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)
【教学建议】准确掌握实验基本步骤
(
例2.
（★）（1）用油膜法估测分子的大小时有如下步骤：
A．将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形态用彩笔画在玻璃板上；
B．将油酸和酒精按一定比例配制好；
C．向浅盘中倒入约2cm深的水；
D．把酒精油酸溶液一滴一滴滴入量筒中，当体积达到1mL时记下滴入的滴数，算出每滴液滴的体积；
E．向浅盘中的水面均匀地撒入石膏粉（或痱子粉）；
F．把一滴酒精油酸溶液滴在水面上，直至薄膜形态稳定；
G．把玻璃放在方格纸上，数出薄膜所占面积；
H．计算出油膜的厚度
把以上各步骤按合理顺序排列如下：
；
（2）将1mL油酸溶于499mL酒精溶液中制成油酸酒精溶液，取1mL用注射器滴出130滴，将1滴这种溶液滴在浅盘的水面上，测出油酸膜的面积为124cm
2
，则油酸分子的直径为
m。
)【考点】实验原理与操作
【解析】明确实验步骤
【答案】BDCEFAGH 1.2×10-9；
【教学建议】准确掌握实验基本步骤
(
例3.
（★）
油酸酒精溶液的浓度为每1000 mL油酸酒精溶液中有油酸
0.6 mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1 mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图所示．若每一小方格的边长为25 mm，试问：
(
1
)这种估测方法是将每个油酸分子视为________模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为_______油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的________．图中油酸膜的面积为________m
2
；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是________m
3
；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________m．(结果保留两位有效数字)
(2)某同学在实验过程中，在距水面约2 cm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一些，这是为什么呢？
请写出你分析的原______________________________________________________
)
【考点】实验原理与操作
【解析】(2)主要有两个原因：①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；②油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩
【答案】(1)球体　单分子　直径　4.4×10－2；1．2×10－11　2.7×10－10
(2)①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；②油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩
【教学建议】准确掌握实验基本步骤
题型二：数据处理与误差分析
(
例4.
（★★）在做用油膜法估测分子大小的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每10
4
mL溶液中有6 mL油酸．用注射器测得1 mL上述溶液有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）油酸膜的面积是多少 cm
2
？
（2）每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？
（3）按以上实验数据估测出油膜分子的直径。
)
【考点】数据处理与误差分析
【解析】（1）根据图形，数得格子数为129个，那么油膜面积是S=129×1cm2=129cm2
(2)根据已知条件可知，1 mL溶液中有75滴，1滴溶液的体积是mL，又已知每104 mL溶液中有纯油酸6mL， mL溶液中纯油酸的体积是：V=mL=8×10-6mL.
(3)油酸分子的直径为：d==cm≈6.2×10-10 m.
【答案】（1）129cm2 (2)8×10-6ML (3)6.2×10-10m
【教学建议】明确实验原理和数据处理
(
例5.
（★★）某同学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（ ）
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.求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数误多记了10滴
)【考点】数据处理与误差分析
【解析】由d=可知，测得的直径明显偏大的原因可能是将V测大了，也可能是将S测小了，如A、C项均将S测小了，D项将V测小了，而B项油酸中酒精未挥发之前，油膜面积大，测量值应小些，综上所述，A、C正确，B、D错误.
【答案】AC
【教学建议】明确实验原理和数据处理
(
例6.
（★★★）
在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，已知一滴溶液中油酸的体积为
V
，配制的油酸溶液中纯油酸与溶液体积之比为1
∶
500，1 mL油酸溶液50滴，那么一滴溶液的体积是_______mL，所以一滴溶液中油酸体积为
V
＝_______ cm
3
.
若实验中测得的结果如下表所示，请根据所给数据填写空白处的数值，并与公认的油酸分子直径值
d
0
＝5.12×10
－10
m作比较，并判断此实验是否符合数量级的要求.
次数
S
(cm
2
)
d
＝
(10
－7
cm)
d
平均值
1
538
2
545
3
563
)
【考点】实验的改进与创新
【解析】比例公式计算
【答案】　4×10－5　0.743　0.734　0.710　7.29×10－10 m　符合
【教学建议】明确实验原理和数据处理

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