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第十四章
热学
实验14　用油膜法估测油酸分子的大小
内容索引
学习目标
核心体系
活动方案
学 习 目 标
1. 会用油膜法估测油酸分子的大小.2. 会分析测分子大小的创新实验．
核 心 体 系
活 动 方 案
活动一　分析常规实验
如图所示是用油膜法估测分子的大小时在水面上形成的油酸膜的形状．
(1) 实验中为什么不直接用纯油酸而是用被稀释过的油酸酒精溶液？
(2) 如何计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积？
(3) 实验中为什么在水面上撒痱子粉(或细石膏粉)
(4) 实验中可以采用什么方法测量油膜的面积？
1
【答案】 (1) 用酒精对油酸进行稀释有利于获取更小体积的纯油酸，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) 撒痱子粉(或细石膏粉)后，便于观察所形成的油膜的轮廓．
(4) 运用数格子法测油膜面积．多于半个的算一个，少于半个的舍去．这种方法所取方格的单位越小，计算的面积误差越小．
用油膜法估测分子大小的原理
把一滴油酸(事先测出其体积V)滴在水面上，油酸在水面上形成油酸薄膜，将其认为是单分子层(如图所示)，且把分子看成球形．油膜的厚度
就是油酸分子的直径d，测出油膜面积S，则油酸分子直径d＝______.
“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下：
A．将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油酸膜的面积S；
B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上；
C．用浅盘装入约2 cm深的水；
2
(1) 上述步骤中有步骤遗漏或不完整的，请指出：
①________________________________________________.
②_________________________________________________________ _____________________________________________________________.
(2) 上述实验步骤的合理顺序是_____________.
C步骤中，要在水面上均匀撒上痱子粉或细石膏粉
实验时，还需要：F.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，记下量筒内增加一定体积时液滴的数目
CFBAED
注射器针头高出水面的高度应在1 cm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，这是针头中酒精挥发所致，不影响实验效果．若重做实验时，要将浅盘上的油酸清洗干净．
　　　　[2025南京阶段练习]某同学做“用油膜法估测分子的直径”的实验．
(1) 请选出需要的操作，并按正确操作的先后顺序排列起来：D_____ (用字母符号表示，第一步已经给出)．
1
A. 倒入油酸
B. 倒入水
C. 描绘油膜轮廓
D. 记录油酸酒精溶液的滴数
E. 滴入油酸酒精溶液
F. 撒爽身粉
BFEC
(2) 实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精的作用是______.
A．可使油酸和爽身粉之间形成清晰的边界轮廓
B．对油酸溶液起到稀释作用
C．有助于测量一滴油酸的体积
D．有助于油酸的颜色更透明便于识别
B
(3) 已知实验室中使用的油酸酒精溶液每104 mL溶液中含有2 mL油酸，又用滴管测得每50滴这种油酸酒精溶液的总体积为1 mL，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1 cm的正方形小格的纸上，如图所示．油酸分子的直径d＝____________m.(结果保留一位有效数字)
6×10－10
(4) 在该实验中，若测出的分子直径结果明显偏大，则可能的原因有________.
A．水面上爽身粉撒得较多，油酸膜没有充分展开
B．计算油酸膜面积时，错将不足半格的方格作为完整方格处理
C．油酸酒精溶液配制的时间较长，酒精挥发较多
D．求每滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL的溶液滴数少计了5滴
(5) 某同学利用所学知识和查阅的数据估算油酸分子直径．他把油酸分子看成紧密排列的球体，查阅得知油酸的密度ρ＝0.895×103 kg/m3，油酸的摩尔质量M＝0.283 kg/mol，取阿伏加德罗常数NA＝6.02× 1023 mol－1，π＝3.14，则油酸分子的直径约为______________m.(结果保留一位有效数字)
AD
1×10－9
【解析】 (1) “油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制酒精油酸溶液(记下配制比例)→测定一滴酒精油酸溶液的体积→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，因此操作先后顺序应是：ADBFEC，由于题干要求从D开始故填BFEC.
(2) 如果油酸不加稀释形成的油膜面积很大，不便于测量，油酸可以溶于酒精，故酒精的作用是对油酸溶液起到稀释作用．B正确．
　　　　[2025淮安期末]甲、乙两小组按如下步骤完成“用油膜法估测油酸分子大小”的实验．
(1) 将体积为V0的纯油酸溶于酒精，配制成体积为V的油酸酒精溶液．
(2) 用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器的刻度读出该段溶液的总体积为V1，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数为n.该步骤体现的物理思想方法是______.
A．累积法
B．控制变量法
C．等效替代法
2
A
(3) 在浅盘内盛水，将痱子粉撒在水面上，用注射器向水面滴入1滴油酸酒精溶液，待油膜稳定后，甲、乙两组同学得到的油膜轮廓分别如图甲、乙所示．对比两个图样，你认为哪组的操作方式较规范？请分别说明两个图样的形成原因：_______________________________________ _______________________________.
甲
乙
甲组操作方式比较规范．甲组痱子粉撒得均匀，乙组痱子粉撒得厚且不均匀
(4) 将带有方格坐标的玻璃板轻放在操作方式较规范的那个浅盘上，用彩笔描绘出油膜轮廓，坐标纸方格边长为a，数出轮廓内有效方格数为N，可计算得出油酸薄膜的面积S＝__________，油酸分子的直径d＝
__________(用V0、V1、V、n、N、a表示)．
(5) 操作方式不规范，会对测量结果产生较大误差．现利用另一组油膜图样进行测量与计算，得到油酸分子直径的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值．
Na2
大于
【解析】 (2) 一滴液滴的体积很小，可以通过测量n滴液滴的体积来计算一滴液滴的体积，可以减小误差，体现的物理思想方法是累积法．A正确．
(3) 甲组的油膜轮廓清晰均匀，操作方式较规范．形成原因：甲组痱子粉撒得均匀，乙组痱子粉撒得厚且不均匀，导致痱子粉未能完全散开．
活动二　分析创新实验
测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法．
(1) 在“用油膜法估测分子大小”的实验中，用移液管量取0.25 mL 油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到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
3
带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图甲所示．坐标格的正方形大小为2 cm×2 cm.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.(结果保留一位有效数字)
甲
256
8×10－10
(2) 如图乙所示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. (结果保留两位有效数字)
乙
9.4×10－10
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Thank you for watching实验14　用油膜法估测油酸分子的大小
学习目标　1. 会用油膜法估测油酸分子的大小.2. 会分析测分子大小的创新实验．
活动一 分析常规实验
1 如图所示是用油膜法估测分子的大小时在水面上形成的油酸膜的形状．
(1) 实验中为什么不直接用纯油酸而是用被稀释过的油酸酒精溶液？
(2) 如何计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积？
(3) 实验中为什么在水面上撒痱子粉(或细石膏粉)
(4) 实验中可以采用什么方法测量油膜的面积？
用油膜法估测分子大小的原理
把一滴油酸(事先测出其体积V)滴在水面上，油酸在水面上形成油酸薄膜，将其认为是单分子层(如图所示)，且把分子看成球形．油膜的厚度就是油酸分子的直径d，测出油膜面积S，则油酸分子直径d＝________．
2 “用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下：
A. 将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油酸膜的面积S；
B. 将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上；
C. 用浅盘装入约2 cm深的水；
D. 用公式d＝，求出薄膜厚度，即油酸分子直径的大小；
E. 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.
(1) 上述步骤中有步骤遗漏或不完整的，请指出：
①_____________________________________________________________________________________________________________________________________.
②_____________________________________________________________________________________________________________________________________.
(2) 上述实验步骤的合理顺序是________．
注射器针头高出水面的高度应在1 cm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，这是针头中酒精挥发所致，不影响实验效果．若重做实验时，要将浅盘上的油酸清洗干净．
即时训练1 [2025南京阶段练习]某同学做“用油膜法估测分子的直径”的实验．
(1) 请选出需要的操作，并按正确操作的先后顺序排列起来：D________(用字母符号表示，第一步已经给出).
　　 　
　 　
(2) 实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精的作用是________．
A. 可使油酸和爽身粉之间形成清晰的边界轮廓
B. 对油酸溶液起到稀释作用
C. 有助于测量一滴油酸的体积
D. 有助于油酸的颜色更透明便于识别
(3) 已知实验室中使用的油酸酒精溶液每104 mL溶液中含有2 mL油酸，又用滴管测得每50滴这种油酸酒精溶液的总体积为1 mL，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1 cm的正方形小格的纸上，如图所示．油酸分子的直径d＝________m.(结果保留一位有效数字)
(4) 在该实验中，若测出的分子直径结果明显偏大，则可能的原因有________．
A. 水面上爽身粉撒得较多，油酸膜没有充分展开
B. 计算油酸膜面积时，错将不足半格的方格作为完整方格处理
C. 油酸酒精溶液配制的时间较长，酒精挥发较多
D. 求每滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL的溶液滴数少计了5滴
(5) 某同学利用所学知识和查阅的数据估算油酸分子直径．他把油酸分子看成紧密排列的球体，查阅得知油酸的密度ρ＝0.895×103 kg/m3，油酸的摩尔质量M＝0.283 kg/mol，取阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol-1，π＝3.14，则油酸分子的直径约为________m.(结果保留一位有效数字)
即时训练2 [2025淮安期末]甲、乙两小组按如下步骤完成“用油膜法估测油酸分子大小”的实验．
(1) 将体积为V0的纯油酸溶于酒精，配制成体积为V的油酸酒精溶液．
(2) 用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器的刻度读出该段溶液的总体积为V1，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数为n.该步骤体现的物理思想方法是________．
A. 累积法
B. 控制变量法
C. 等效替代法
(3) 在浅盘内盛水，将痱子粉撒在水面上，用注射器向水面滴入1滴油酸酒精溶液，待油膜稳定后，甲、乙两组同学得到的油膜轮廓分别如图甲、乙所示．对比两个图样，你认为哪组的操作方式较规范？请分别说明两个图样的形成原因：___________________________________________________________________________________________________________________________________________.
甲 乙
(4) 将带有方格坐标的玻璃板轻放在操作方式较规范的那个浅盘上，用彩笔描绘出油膜轮廓，坐标纸方格边长为a，数出轮廓内有效方格数为N，可计算得出油酸薄膜的面积S＝________，油酸分子的直径d＝________(用V0、V1、V、n、N、a表示).
(5) 操作方式不规范，会对测量结果产生较大误差．现利用另一组油膜图样进行测量与计算，得到油酸分子直径的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值．
活动二 分析创新实验
3 测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法．
(1) 在“用油膜法估测分子大小”的实验中，用移液管量取0.25 mL 油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到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．坐标格的正方形大小为2 cm×2 cm.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.(结果保留一位有效数字)
甲 乙
(2) 如图乙所示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．(结果保留两位有效数字)
实验14　用油膜法估测油酸分子的大小
【活动一】
例 1
(1) 用酒精对油酸进行稀释有利于获取更小体积的纯油酸，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．
(2) 若油酸酒精溶液的浓度为η，n滴该溶液的体积为V1，则一滴该溶液中的纯油酸体积V＝η.
(3) 撒痱子粉(或细石膏粉)后，便于观察所形成的油膜的轮廓．
(4) 运用数格子法测油膜面积．多于半个的算一个，少于半个的舍去．这种方法所取方格的单位越小，计算的面积误差越小．
总结提升：
例 2
(1) ①C步骤中，要在水面上均匀撒上痱子粉或细石膏粉
②实验时，还需要：F.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，记下量筒内增加一定体积时液滴的数目
(2) CFBAED
即时训练1 (1) BFEC　(2) B　(3) 6×10-10　(4) AD
(5) 1×10-9
解析：(1) “油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制酒精油酸溶液(记下配制比例)→测定一滴酒精油酸溶液的体积→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，因此操作先后顺序应是：ADBFEC，由于题干要求从D开始故填BFEC.
(2) 如果油酸不加稀释形成的油膜面积很大，不便于测量，油酸可以溶于酒精，故酒精的作用是对油酸溶液起到稀释作用．B正确．
(3) 通过数油膜在纸上的格数可知，共有62个格，则油膜占有的面积约为S＝62×12 cm2＝62 cm2＝6.2×10-3 m2，一滴酒精油酸溶液中纯油酸的体积V＝× mL＝4×10-12 m3，油酸分子的大小d＝＝ m≈6×10-10 m.
(4) 水面上爽身粉撒得较多，油酸膜没有充分展开，测得的油酸膜面积偏小，由d＝ 可知，测出的分子直径结果偏大，故A正确；计算油酸膜面积时，错将不足半格的方格作为完整方格处理，测得的油酸膜面积偏大，由d＝可知，测出的分子直径结果偏小，故B错误；油酸酒精溶液配制时间较长，酒精挥发较多，则溶液浓度增大，1滴溶液形成油膜面积变大，得到的分子直径将偏小，故C错误；求每滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL的溶液滴数少计了5滴，测得纯油酸的体积偏大，由d＝可知，测出的分子直径结果偏大，故D正确．
(5) 把油酸分子看作一个个球紧密排列，则有 ＝π，解得d＝＝1×10-9 m.
即时训练2 (2) A　(3) 甲组操作方式比较规范．甲组痱子粉撒得均匀，乙组痱子粉撒得厚且不均匀　(4) Na2　　(5) 大于
解析：(2) 一滴液滴的体积很小，可以通过测量n滴液滴的体积来计算一滴液滴的体积，可以减小误差，体现的物理思想方法是累积法．A正确．
(3) 甲组的油膜轮廓清晰均匀，操作方式较规范．形成原因：甲组痱子粉撒得均匀，乙组痱子粉撒得厚且不均匀，导致痱子粉未能完全散开．
(4) 坐标纸方格边长为a，可知一格对应的面积为a2，轮廓内有效方格数为N，则油酸薄膜的面积S＝Na2，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为 ×，根据d＝ 可知油酸分子直径d＝.
(5) 利用另一组油膜图样进行测量与计算，可知油膜面积偏小，根据d＝ 可知油酸分子直径的测量值大于真实值．
【活动二】
例 3
(1) 256　8×10-10　(2) 9.4×10-10
解析：(1) 数油膜所占的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面积S＝64×2 cm×2 cm ＝256 cm2.溶液浓度为 ，每滴溶液体积为 mL，2滴溶液中所含油酸体积为V＝2×10-5 cm3.油膜厚度即油酸分子的直径是 d＝≈8×10-10 m.
(2) 直径为1.43×10-8 m的圆周周长为D＝πd≈4.5×10-8 m, 可以估算出铁原子的直径约为d′＝ m ≈9.4×10-10 m．

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