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2　实验:用油膜法估测油酸分子的大小
基础过关练
题组一　实验思路与操作
1.(2026江西九江二模)某同学做“用油膜法估测分子的大小”的实验,下列说法正确的是(　　)
A.先滴入油酸酒精溶液,再撒上爽身粉显示油膜的边界
B.油酸酒精溶液里酒精的作用是让油酸溶于水
C.本实验的原理是油膜的体积等于油酸酒精溶液的体积
D.本实验的假设是把油膜看成是单分子层
2.(2026河南焦作月考)“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是　　　　　　　　　　　　　。
3.(2026江苏淮安期末)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: 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　。
　　　
(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。
题组二　数据处理与误差分析
4.(2026河北沧州期中)某同学在实验室用油膜法测油酸分子直径。实验主要步骤如下:
①向体积V油=6 mL的油酸中加酒精,直至总量达到V总=104 mL;
②用注射器吸取①中油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入n=75滴时,测得其体积恰好是V0=1 mL;
③先往浅盘里倒入2 cm深的水,然后将爽身粉均匀地撒在水面上;
④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;
⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,如图所示,数出轮廓范围内小方格的个数N,经观察N为128,小方格的边长为L=1 cm。
(1)由图可知油膜面积为　　　　m2,油酸分子直径为　　　　m。
(2)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不足1 mL,则最终的测量结果将　　　　(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
5.(2026浙江杭州期中)在做“用油膜法估测分子的大小”实验中:
(1)实验中所用的油酸酒精溶液为1 000 mL溶液中有纯油酸2 mL,用量筒测得1 mL上述溶液为100滴,把1滴该溶液滴入盛水且水面撒有爽身粉的浅盘内,让油膜在水面上尽可能散开,油膜稳定后,油膜所占方格数约为80(个),正方形方格的边长为2 cm,可以估算出油膜的面积是　　　　m2(结果保留2位有效数字),由此估算出油酸分子的直径是　　　　m(结果保留3位有效数字)。
(2)某同学在计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格,这一操作会导致实验测得的油酸分子直径　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
6.(2026河北衡水月考)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均匀撒有爽身粉的水面上,在带有坐标方格的玻璃板上描出油膜的边界线,玻璃板上正方形方格的边长为1 cm,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.油酸酒精溶液配制好后放置的时间较长,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
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.D　实验操作中需先在水面均匀撒上爽身粉,再滴入油酸酒精溶液,才能清晰显示油膜的边界,A错误;油酸酒精溶液中酒精的作用是稀释油酸,且滴入水中后酒精会快速挥发,B错误;滴入的油酸酒精溶液中的酒精会挥发,形成油膜的只有溶液中的纯油酸,因此油膜体积等于纯油酸的体积,不等于油酸酒精溶液的体积,C错误;本实验的核心假设是将水面上的油酸膜视为分子紧密排列的单分子层,每个油酸分子视为球形,由此可得油膜厚度即分子直径d=,其中V为纯油酸体积,S为油膜面积,D正确。故选D。
2.答案　使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜　把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,得到一滴溶液中纯油酸的体积　单分子层油膜的面积
解析　用油膜法估测油酸分子的大小时,需使油酸在水面上形成单分子层油膜,为使油酸尽可能地散开,需将油酸用酒精稀释。要测出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,需要测量一滴油酸酒精溶液的体积,可用累积法,即测量出1 mL油酸酒精溶液的滴数。根据V=Sd,要求得油酸分子的直径d,还需要测出单分子层油膜的面积。
3.答案　(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)一滴油酸酒精溶液的体积很小,可以通过测量n滴油酸酒精溶液的体积来计算一滴的体积,减小误差,体现的物理思想方法是累积法。故选A。
(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,导致油膜没有充分展开。
(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V'=·,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,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。
4.答案　(1)1.28×10-2　6.25×10-10　(2)偏大
解析　(1)油膜的面积等于128个方格的面积,所以油膜面积为S=128×1×10-4 m2=1.28×10-2 m2,一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为V=× mL,油酸分子的直径为d==6.25×10-10 m。
(2)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不足1 mL,则代入计算的纯油酸的体积偏大,可知测量结果偏大。
5.答案　(1)3.2×10-2　6.25×10-10　(2)偏大
解析　(1)估算出油膜的面积是S=80×22 cm2=3.2×10-2 m2,一滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积V=× mL=2.00×10-11 m3,则油酸分子直径d== m=6.25×10-10 m。
(2)某同学在计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格,则S测量值偏小,根据d=可知实验测得的油酸分子直径偏大。
6.答案　(1)BFEC　(2)B　(3)7×10-10　(4)AD
解析　(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤为:用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内每增加一定体积时的滴数,由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积;往浅盘里倒入约2 cm深的水,水面稳定后将适量爽身粉均匀撒在水面上,用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形状稳定,将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上,然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上,计算出油膜的面积,根据油酸的体积和油膜面积计算出油酸分子直径的大小。则实验操作顺序为:DBFEC。
(2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是对油酸起到稀释作用,且滴入水中后酒精会快速挥发,更能保证形成单分子油膜。故选B。
(3)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V=× mL=4×10-12 m3,图中油膜轮廓中大约有60个小方格,则油膜的面积为S=60×1 cm2=6×10-3 m2,则油酸分子的直径为d== m≈7×10-10 m。
(4)水面上爽身粉撒得较多,油酸膜没有充分展开,则油膜面积测量值偏小,根据d=,可知分子直径测量值偏大,A符合题意;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,则油膜面积测量值偏大,根据d=,可知分子直径测量值偏小,B不符合题意;油酸酒精溶液配制好后放置的时间较长,酒精挥发较多,导致油酸实际浓度增大,则代入计算的浓度偏小,每滴溶液中纯油酸的体积测量值偏小,使得分子直径测量值偏小,C不符合题意;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,则每滴溶液中纯油酸的体积测量值偏大,使得分子直径测量值偏大,D符合题意。故选A、D。

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