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第十四章
热　学
实验19　用油膜法估测油酸分子的大小
1.知道油膜法估测分子大小的原理。2.掌握用油膜法估测油酸分子大小的方法。
实验储备·归纳
自主落实 回扣教材
实验类型·突破
关键能力 深度剖析
【典例1】　 油酸酒精溶液的浓度为每1 000 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。
类型1　实验基本技能应用
(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________ m2;每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为________ m3;根据上述数据,估测出油酸分子的直径为________m。(均保留2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
请写出你分析的原因:____________________。

(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　4.3×10-2　1.2×10-11　2.8×10-10
(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
【典例2】　在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,具体操作如下:
①取油酸0.1 mL注入250 mL的容量瓶内,然后向瓶中加入酒精,直到液面达到250 mL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。
②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒,记录滴入的滴数直到量筒内溶液达到1.0 mL为止,恰好共滴了100滴。
③在边长约40 cm的浅盘内注入约2 cm深的水,将爽身粉均匀地撒在水面上,再用滴管吸取油酸酒精溶液,轻轻地向水面滴一滴溶液,酒精挥发后,油酸在水面上尽可能地散开,形成一层油膜,膜上没有爽身粉,可以清楚地看出油膜轮廓。
④待油膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上绘出油膜的形状。
⑤将画有油膜形状的玻璃板放在边长为1.0 cm的方格纸上,算出完整的方格有67个,大于半格的有14个,小于半格的有19个。
(1)这层油膜的厚度可视为油酸分子的________。
(2)利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸为_______ m3,求得的油膜分子直径为_______ m。(均保留2位有效数字)

答案　(1)直径　(2)4.0×10-12　4.9×10-10
【典例3】　在“用油膜法估测分子的大小”实验中,已知一滴溶液中油酸的体积为V油酸,配制的油酸溶液中,纯油酸与溶液体积之比为1∶5 000, 1 mL溶液滴25滴,那么1滴溶液的体积是________mL,所以1滴溶液中油酸的体积为V油酸=________cm3。若实验中测得结果如表所示,请根据所给数据填写出空白处的数值,并与公认的油酸分子直径d0=1.12×10-10 m作比较,判断此实验是否符合数量级的要求:______(填“是”或“否”)。
类型2　实验的迁移、拓展和创新
次数 S/cm2 d的平均值/m
1 533
2 493 3 563
答案　4×10-2　8×10-6　1.50×10-8　1.62×10-8　1.42×10-8　1.51×10-10　是
高效训练·提能
拓广视野 智学慧考
1.测量分子大小的方法有很多,如油膜法、显微法。
(1)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,用移液管量取0.25 mL油酸,倒入标注250 mL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1 mL的刻度,再用滴管取配好的油酸溶液,向撒有爽身粉的盛水浅盘中滴入2滴溶液,在液面上形成油酸薄膜,待薄膜稳定后,放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜,如图所示。坐标格的正方形大小为2 cm×2 cm。由图可以估算出油膜的面积是______cm2(保留2位有效数字),由此估算出油酸分子的直径是______m (保留1位有效数字)。
(2)如图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1.43×10-8 m的圆周而组成的。由此可以估算出铁原子的直径约为________m(保留2位有效数字)。

答案　(1)2.6×102　8×10-10　(2)9.4×10-10
2.在“用油膜法测量分子大小”的实验中,某同学操作如下:
①取1.0 mL油酸配成250 mL油酸酒精溶液;
②用滴管吸取1.0 mL油酸酒精溶液逐滴滴入量筒,全部滴完共滴了20滴;
③在边长约10 cm的正方形浅盘内注入适量的水,将爽身粉均匀地撒在水面上,用滴管滴入一滴溶液;
④待油膜形状稳定后,将绘有方格的玻璃板放
在浅盘上,绘出油酸的轮廓(如图所示),每个方
格边长为1.0 cm。
(1)该实验中一滴油酸酒精溶液含________mL油酸。
(2)由上述数据估算得到油酸分子直径约为________m。
(3)若该同学在计算油酸膜面积时,对不完整的方格均不计数,由此估算得到的油酸分子直径将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(4)已知油酸分子的直径约为8×10-10 m,该同学实验结果产生偏差的可能原因是__________________,理由是______________________。

(4)已知油酸分子的直径约为8×10-10 m,该同学实验结果产生偏差的可能原因是:油酸膜可能没有充分展开,形成的并不是单分子油膜层。理由是:2×10-10 m3的油酸若形成紧密排列的单分子膜时,油膜面积约为0.25 m2,远大于浅水盘内的水面面积,说明实际上油膜不可能是单分子油膜。
答案　(1)2×10-4　(2)3.6×10-8　(3) 偏大　(4)油酸膜可能没有充分展开,形成的并不是单分子油膜层　2×10-10 m3的油酸若形成紧密排列的单分子膜时,膜面积约为0.25 m2,远大于浅水盘内的水面面积,说明实际上油膜不可能是单分子油膜
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