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第十五章
热学
第79讲　实验十九　用油膜法估测分子的
大小
学习目标 命题热点
(1)理解用油膜法估测油酸分子大小的原理。 (2)能根据油膜的面积和油酸酒精溶液的体积及浓度计算油酸分子直径。 实验原理、实验操作、数据处理和误差分析在高考中考查频率较高。
提能训练　练案[79]
一、实验原理
1．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，在水面上形成如图甲所示形状的一层单分子纯油酸薄膜。
2．用V表示一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积，用S表示单分
子油膜的面积，用d表示油酸分子的直径，如图乙所示，则d＝_____。
二、实验器材
盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或细石膏粉)、酒精、油酸、量筒、彩笔。
三、实验过程
1．配制油酸酒精溶液，取纯油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面到达500 mL刻度线为止。
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，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0。
3．向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将爽身粉均匀地撒在水面上。
4．用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。
5．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上。
6．将画有油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，不足半格的舍去，大于半格的算一格)。
8．重复以上实验步骤，多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小。
四、注意事项
1．油酸酒精溶液配制后不宜长时间放置，以免浓度改变，产生误差。
2．痱子粉(或细石膏粉)的用量不要太大，否则不易形成单分子油膜。
3．测1滴油酸酒精溶液的体积时，滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数，应多滴几毫升，数出对应的滴数，这样求平均值误差较小。
4．浅盘里水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直。
5．要待油膜形状稳定后，再画轮廓。
　在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，我们通过宏观量的测量间接计算微观量。
(1)在做“用油膜法估测油酸分子大小”的实验时，已经准备的器材有：油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板(不带坐标方格)、爽身粉、彩笔，要完成本实验，还缺少的器材有________。
(2)在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，一般将油膜看成单分子膜，将油酸分子看成球形，将油酸分子看成是紧挨在一起的；在将油酸酒精溶液滴向水面前，要先在水面上均匀撒些爽身粉，这样做是为了________________________________________________________。
(3)某实验小组甲同学配制好油酸酒精溶液，并测出一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为V，之后又进行了下列操作，其中错误的一项是________；其余正确操作的合理顺序是________。
A．将一滴纯油酸滴到水面上，让它在水面上自
由地扩展为油酸膜
B．将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，让它在水
面上自由地扩展为油酸膜
C．向浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上
(4)某实验小组乙同学在做“用油膜法估测分子的大小”实验时，将6 mL的油酸溶于酒精中制成104 mL的油酸酒精溶液。用注射器取适量溶液滴入量筒，测得每滴入75滴，量筒内的溶液增加1 mL。用注射器把1滴这样的溶液滴入表面撒有痱子粉的浅盘中，把玻璃板盖在浅盘上并描出油酸膜边缘轮廓，如图所示。已知玻璃板上正方形小方格的边长为1 cm，则油酸膜的面积约为________m2(保留2位有效数字)。由以上数据，可估算出油酸分子的直径约为________m(保留2位有效数字)。
(5)某实验小组实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较，数据偏大，对出现这种结果的原因，下列说法中可能正确的是(　　)
A．错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算
B．计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理
C．计算油酸膜面积时，只数了完整的方格数
D．水面上痱子粉撒得较多，油酸膜没有充分展开
[答案]　(1)量筒、坐标纸　(2)使油膜边界清晰，便于描绘油膜形状　(3)A　CBED　(4)1.1×10－2　7.3×10－10　(5)ACD
[解析]　(1)在本实验中，要用量筒和滴管测量一滴油酸酒精溶液的体积；用数格子的方法得出油膜面积，故需要坐标纸。
(2)在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，在滴入溶液之前，要先在水面上均匀地撒上爽身粉，这样做的目的是使油膜边界清晰，便于描绘油膜形状。
(4)利用数格子的方法，油酸膜的面积约为
S＝112×1×10－2 m2＝1.1×10－2 m2
滴这样的溶液中的纯油酸体积为
提能训练　练案[79]
1．(2026·湖北省重点高中智学联盟联考)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中：
(1)有关该实验的下列说法正确的是________。
A．图中的操作步骤顺序是：丙→丁→乙→甲
B．油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验
C．往浅盘中滴入油酸酒精溶液后应立即描绘油膜轮廓
(2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.3%，用注射器测得200滴这样的油酸酒精溶液为1 mL，取1滴这样的溶液滴入浅盘中，即滴入浅盘中的纯油酸体积为________cm3。
(3)不同实验小组向水面滴入一滴油酸酒精溶液时得到以下油膜形状，做该实验最理想的是________。
[答案]　(1)B　(2)1.5×10－5　(3)C
[解析]　(1)根据题意，由实验原理可知，用油膜法估测油酸分子的大小的实验操作步骤顺序为丙→乙→丁→甲，故A错误；油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验，避免酒精挥发，浓度发生变化，造成实验误差，故B正确；应等油酸薄膜完全稳定后再开始描绘油膜轮廓，故C错误。
(3)最理想的情况是爽身粉很薄，容易被油酸酒精溶液冲开，近似圆形。故选C。
2．在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中
(1)下列说法正确的是________。
A．测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时，可以用注射器挤出一滴油酸滴入烧杯中，观察注射器上的体积变化
B．测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时，如果不使用爽身粉，也可以在水中加入红墨水后混合均匀，再滴入一滴油酸酒精溶液
C．油膜的形状稳定后，油酸分子仍然在做热运动
D．与油酸酒精溶液相比，纯油酸更容易在水面形成单分子油膜
(2)①若实验过程中发现，撒入的爽身粉过多，导致油酸分子未形成单分子层，则计算得到的油酸分子直径将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
②若实验中使用的油酸酒精溶液是经久置的，则计算得到的油酸分子直径将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)某次实验中将1 mL的纯油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1 mL溶液为80滴，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，描出的油膜轮廓如图所示，每格边长是0.5 cm，根据以上信息，可估算出油酸分子的直径为________m(保留一位有效数字)。
[答案]　(1)C　(2)①偏大　②偏小　(3)7×10－10
[解析]　(1)测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时，至少要测量50滴到100滴(约1 mL)油酸酒精溶液的体积，然后计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，A错误；测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时，使用爽身粉才能看出油膜的轮廓，在水中加入红墨水并混合均匀后，不能看出油膜的轮廓，B错误；分子在永不停息地做无规则热运动，与宏观物体是否处于稳定状态无关，油膜稳定时，油酸分子仍然在做热运动，故C正确；酒精可以溶解油酸，使油酸更容易在水面上展开形成单分子油膜，故D错误。
3．某实验小组完成“用油膜法测油酸分子的大小”的实验。
(1)完成本实验需要几点假设，以下假设与本实验无关的是______。
A．将油酸分子视为球形
B．油膜中分子沿直线排列
C．将油膜看成单分子层
D．油酸分子紧密排列无间隙
(2)实验中用到油酸酒精溶液，其中酒精的作用是________。
A．可使油酸和痱子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)待水面稳定后，测得所形成的油膜的形状如图所示。已知油酸酒精混合溶液的浓度为0.1%，用滴管吸取混合溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒内溶液达到1.0 mL为止，恰好滴了50滴。坐标中正方形小方格的边长为20 mm，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)
(4)甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，但都发生了操作错误。其中会导致所测的分子直径d偏小的是________。
A．甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大一些
B．乙在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小
C．丙在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些
D．丁同学测量每滴油酸酒精溶液体积时，错把201滴记为200滴
[答案]　(1)B　(2)B　(3)8.2×10－10　(4)A
[解析]　(1)将油酸分子视为球形，与本实验有关，A不符合题意；油膜中分子沿直线排列，与本实验无关，B符合题意；将油膜看成单分子层，与本实验有关，C不符合题意；油酸分子紧密排列无间隙，与本实验有关，D不符合题意。故选B。
(2)实验中用到油酸酒精溶液，其中酒精的作用是对油酸溶液起到稀释作用，B正确，A、C、D错误。故选B。
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