期末提升必刷02油膜法估测分子直径的大小实验学年下学期高二物理人教版期末复习必刷题.docx
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期末提升必刷02油膜法估测分子直径的大小实验学年下学期高二物理人教版期末复习必刷题
必刷02油膜法估测分子直径的大小实验
基础知识
1、实验目的:
(1)知道本实验的原理及所需的器材,了解实验注意的事项。
(2)会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积。
(3)会计算分子的大小,处理好实验数据。
(4)领会本实验方法构思的特点,理解间接测量微观量的思想。
2、实验原理:
油酸分子的一端具有亲水性,另一端具有憎水性,当把酒精稀释过的油酸滴在水面上时,油酸便在水面上散开,其中酒精溶于水,并很快挥发,在水面上形成有自由边界的一层纯油酸薄膜,形成单分子油膜。
如果将油酸看作是球状模型,测出一定体积的油酸溶液在水面上形成的油膜面积,计算出油膜的厚度,这个厚度就等于分子的直径。
3、实验器材
盛水的容器,在溶液刻度并能使油滴溶液一滴一滴下落和滴管或注射器,一个量筒,按一定的比例(一般为1:
200)稀释了的油酸溶液,带有坐标方格的透明有机玻璃盖板(面积略大小容器的上表面积),少量痱子粉或石膏粉,彩笔。
4、实验步骤
(1)用注射器或滴管将一定容积的油酸溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内增加一定体积的滴数,求出一滴油酸溶液中所含纯油酸的体积V。
(2)向容器中倒入约2cm深的水,将痱子粉均匀地撒在水面上。
(3)小心地将一滴油酸溶液滴到水面上,让它在水面上自由地扩展为油酸膜。
(4)轻轻地将有机玻璃盖板放到容器上,用彩笔将油酸膜的形状画在玻璃板上。
(5)利用坐标方格计算出油膜的面积S,再根据一滴溶液中纯油酸的体积和油膜的面积求出油膜的厚度D=
,即为所测分子和直径。
5、数据处理
(1)计算分子直径时,注意加的不是纯油酸,而是酒精油酸溶液,在利用公式d=
计算时,式中的V不是溶液的体积.而应该进行换算,计算出1滴酒精油酸溶液中纯油酸的体积,方法是:
设n滴酒精油酸溶液是1mL,则每1滴的酒纯油酸溶液的体积是
mL,事先知道配制溶液的比例是
,则1滴溶液中的纯油酸体积V=
·
mL。
式中的S是滴入水中后,纯油酸形成的油膜,其面积用数坐标纸上对应的格数来计算,以1cm为边长的坐标纸上占了多少个格,其面积就是多少平方厘米,数格时,不足半个格的舍去,多于半格的算1个格.这样就可粗略地计算出油酸分子的直径.
6、注意事项
(1)痱子粉不要撒得太多,只要能够帮助看清油膜边界即可。
(2)滴入油酸溶液时,一定要细心,不要一下滴得太多,使油膜的面积过大。
(3)待测油酸面扩散后又收缩,要在稳定后再画轮廓.扩散后又收缩有两个原因:
第一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复;第二是酒精挥发后液面收缩.
(4)利用坐标求油膜面积时,以边长1cm的正方形为单位,计算轮廓内正方形的个数时,不足一个的均算半个。
(5)当重做实验时,水从盘的一侧边缘倒出,在这侧面会残留油酸,用少量酒精清洗,并用脱脂棉擦去再用清水冲洗.这样可保持盘的清洁.
7、误差分析
(1)由于我们是采用间接测量的方式测量分子的直径,实验室中配制的酒精溶液的浓度、油酸在水面展开的程度、油酸面积的计算都直接影响测量的准确程度。
(2)虽然分子直径的数量级应在10-10m。
但中学阶段,对于本实验只要能测出油酸分子直线的数量级在10-9m上即可认为是成功的。
典型例题
【典例1】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1.0mL注入250mL的容量瓶内,然后向瓶中加入酒精,直到液面达到250mL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达到1.0mL为止,恰好共滴了100滴;
③在边长约40cm的浅水盘内注入约2cm深的水,将细石膏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,膜上没有石膏粉,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1.0cm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。
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,油膜面积为________m2,求得的油膜分子直径为________m。
(结果全部取2位有效数字)
【参考答案】
【详细解析】油酸酒精溶液的浓度为
,一滴溶液的体积为
,则一滴油酸酒精溶液含纯油酸为
;油膜的面积
;油膜分子直径为
。
【典例2】在做“用油膜法估测分子大小”的实验中:
(1)实验中采用油酸的酒精溶液,而不直接用油酸,其目的是________________;
(2)油酸酒精溶液的浓度为每
油酸酒精溶液中有油酸
,用滴管向量筒内滴100滴上述溶液,量筒中的溶液体积增加
,若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中,由于酒精溶于水,油酸在水面展开,稳定后形成单分子油膜的形状如图所示,若每一个方格的边长为
。
由以上数据,估算出油酸分子的直径约为__________________
(结果保留两位有效数字)。
(3)某同学在实验中,计算出的分子直径偏大,可能是由于______。
A.油酸分子未完全散开
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.求每滴油酸酒精溶液的体积时,
的溶液滴数100错计成了99
【参考答案】
(1)尽可能散开,形成单分子油膜
(2)
(3)ACD
【详细解析】
(1)实验中要让油膜尽可能散开,目的是形成单分子油膜;
(2)油膜面积约占72小格,则油酸膜的面积约为:
S=72×20×20mm2=2.88×10-2m2,
每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为:
,油酸分子的直径:
。
(3)计算油酸分子直径的公式是d=V/S,V是纯油酸的体积,S是油膜的面积。
A.油酸未完全散开,S偏小,故得到的分子直径d将偏大,故A正确;B.计算时利用的是纯油酸的体积,如果含有大量的酒精,则油酸的实际体积偏小,则直径将偏小,故B错误;C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,S将偏小,故得到的分子直径将偏大,故C正确;D.求每滴体积时,1mL的溶液的滴数误少记了1滴,由V0=V/n可知,纯油酸的体积将偏大,则计算得到的分子直径将偏大,故D正确。
【典例3】
(1)在做“用油膜法估测分子的大小”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、彩笔,要完成本实验,还欠缺的器材有______________________。
(2)在用油膜法粗测分子直径的实验中,在哪些方面作了理想化的假设_______;实验中滴在水面的是酒精油酸溶液而不是纯油酸,且只能滴一滴,这是因为_____________________________;在将酒精油酸溶液滴向水面前,要先在水面上均匀撒些痱子粉,这样做是因为_____________________________。
abc
d
(3)图反映“用油膜法估测分子的大
小”实验中的4个步骤,将它们按操作先后顺序排列应是______________(用符号表示)。
【答案】
(1)量筒、痱子粉、坐标纸
(2)将油膜看成单分子,将油分子看成球形,认为油酸分子是一个紧挨一个的纯油酸粘滞力较大,直接测量体积时误差太大使酒精可以迅速分散,且油酸聚集均匀(3)dacb
(2)本实验中做了三点理想化假设,其中两点是油酸分子视为球形;油酸分子是紧挨在一起的,且将油膜看成单分子膜。
实验中滴在水面的是油酸酒精溶液而不是纯油酸,且只能滴一滴,这是因为纯油酸粘滞力较大,直接测量体积时误差太大;在滴入油滴之前,要先在水面上均匀撒上痱子粉,这样做的目的是使酒精可以迅速分散,且油酸聚集均匀,油膜边界清晰,便于描绘油膜形状
(3)“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→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。
很显然,在实验的步骤中,是“将1滴此溶液滴在有痱子粉的浅盘里的水面上,等待形状稳定”,因此操作先后顺序排列应是dacb。
【典例4】在做“用油膜法估测分子的大小”实验时,配制好浓度为0.06%的油酸酒精溶液(单位体积溶液中含有纯油酸的体积),1mL上述溶液用注射器刚好滴75滴;在撒有均匀痱子粉的水面上用注射器滴1滴油酸酒精溶液,水面上形成油酸薄膜,下图为油膜稳定后的形状,每个正方形小方格的边长为10mm。
下列有关该实验说法正确的有
A.油膜的面积为
B.一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为
C.油酸分子的直径约为
D.为减小误差应将注射器移到水面中央靠近水面处滴人溶液
E.数油膜面积时不慎将几个不足一格的按一格计算,不影响估算结果的数量级
【答案】BDE
【解析】A、面积过正方形一半的正方形的个数为105个,则油酸膜的面积约为:
S=105cm2=1.05×10-2m2,故A错误;BC、每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积为:
V=1mL×0.06%×
=8×10-6mL把油酸分子看成球形,且不考虑分子间的空隙,则油酸分子直径为:
,故B正确,C错误;D、吸取油酸酒精溶液,应将滴管移到水面中央靠近水面处滴入溶液,故D正确;E、某次实验中数油膜面积时将不足一格的也都按一格计算,求得的面积偏大,则得到的直径偏小,故E正确。
【典例5】下面哪些措施可以减小“用油膜法估测分子的大小”的实验的误差().
A.装在浅盘中的水用蒸馏水
B.向水中滴油酸酒精溶液液滴时,只要注射器针尖离水面近一些就可以,没有其他要求
C.在描绘油膜形状时,透明盖板要离水面近些
D.在油膜稳定后再描绘油膜的形状
【答案】A、C、D
【解析】蒸馏水中不含杂质,不致对实验产生影响,因此A选项正确.在向水中滴油酸溶液液滴时,注射器针尖要尽量靠近水面,避免对水面产生太大的冲击.如果液滴下落高度太大,对水面冲击太大,会形成爆炸式的、含有大锯齿形的油膜面,给测量造成困难.同时,滴液滴时还要求滴在膜的中央,因此B选项错误.在描绘油膜形状时,盖板离水面近些便于描绘,C选项正确.同时还要注意:
①眼睛应在油膜的正上方,并使视线与油膜垂直;②在描绘过程中要避免引起水面振动.在油酸溶液液滴滴入水中后,会发现油膜面积先增大、后减小的现象,这是因为油膜中的无水乙醇的溶解和蒸发需要时间,一般在大油膜形成后1~2s的时间,就可以收缩成稳定的、面积较小的油膜,应在此时测量,D选项正确.
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1.如何利用注射器较准确地测出1mL油酸溶液的体积?
【解析】在将注射器中注满油酸溶液后,应首先使针头朝上,把气泡排出,再使注射器针头竖直朝下.一般来说用手下推活塞很难保证活塞匀速运动,易造成油滴大小不一,而拔出活塞,让油酸溶液在重力作用下自由滴下效果较好.
2.在做“用油膜法估测分子的大小”实验中,准备以下器材:
酒精稀释过的油酸、滴管、痱子粉、浅盘及水、玻璃板,还缺少的器材有()
A.彩笔B.量筒
C.方格坐标纸D.深水槽
【答案】ABC
【解析】略
3.在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,关于油膜面积的测量方法,下列做法中正确的是()
A.油酸酒精溶液滴入水中后,应立即用刻度尺去量油膜的面积
B.油酸酒精溶液滴入水中后,应让油膜尽可能地散开,再用刻度尺去量油膜的面积
C.油酸酒精溶液滴入水中后,应立即将油膜的轮廊画在玻璃板上,再利用坐标纸去计算油膜的面积.
D.油酸酒精溶液滴入水中后,应让油膜尽可能散开,再把油膜的轮廓画在玻璃板上,然后用坐标纸去计算油膜的面积.
【答案】
【解析】对实验要点熟悉之后,很容易得出答案:
D.
4.(多选)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时,所用的油酸酒精溶液的浓度为a,测量中,某位同学测得如下数据:
测得N滴油酸酒精溶液的体积为V,油膜面积为S,则以下说法正确的是__________。
A.用以上物理量的符号表示分子直径大小为d=
B.“用油膜法估测分子的大小”实验的依据是将油膜看成单分子油膜
C.实验中,分子直径的计算结果明显偏小,可能是由于油酸中含有大量的酒精
D.实验中,水面上撒痱子粉的目的是在水面上形成单分子油膜
E.用油膜法测出分子直径后,要测出阿伏加德罗常
数,只需知道油滴的摩尔体积
【答案】ABCE
【解析】AB、滴油酸酒精溶液的总体积为
,那么
滴溶液中纯油酸的体积
,则每滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为
,油膜法测量分子直径实验的科学依据是将油膜看成单分子油膜,那么油酸分子的直径,等于薄膜厚度,即为
,故选项A、B正确;C、计算时利用的是纯油酸的体积,如果含有大量的酒精,则油酸的实际体积偏小,则直径将偏小,故选项C正确;D、在油膜法估测分子直径的实验中,在水面上撒痱子粉,为了可以清楚看出油膜的轮廓,故选项D错误,E、由油分子直径可以求出油分子的体积,只要知道了油的摩尔体积,由摩尔体积和油分子体积之比可以求1摩尔油所含有的油分子数目,即可以求出阿伏伽德罗常数,故选项E正确。
5.在做“用油膜法测分子大小”的实验中,为什么要待容器中的水稳定后才进行测量?
若油酸分子直径的数量级为10-10m,某同学的测量结果大于这个数量级,试分析可能的原因.
【解析与答案】因水不稳定时易发生波动及振动,不易形成完整、准确的膜,从而导致误差较大.原因可能是油酸酒精浓度过大,一滴混合溶液中油酸的体积就大,形成单分子的油膜面积就大.而盛水的容器面积不够,油酸散到容器边上时散不开,即不能形成尽量薄的单分子油膜,造成测量误差较大.也可能盛水容器太小,痱子粉撒得过厚也是造成测量误差的原因.
6.下列关于“用油膜法估测分子的大小”说法中,错误的是()
A.油膜法可以非常准确地将油膜分子的直径测量出来
B.油膜法只能估测出分子直径的数量级
C.为了使测量更准确些,应该保持容器的清洁,在实验过程中注意浅盘的稳定性
D.实验的误差主要出在数出1mL溶液可以滴多少滴以及一滴溶液中含有多少体积纯油酸的计算上,为准确起见,应在实验前加强练习,多测几次取平均值
【答案】A
【解析】略
7.在“用油膜法估测分子大小”的实验中,将1mL的油酸加入酒精中配制成1000mL的油酸酒精溶液,通过注射器测得80滴这样的溶液为1mL,取1滴溶液滴在撒有痱子粉的浅水槽中,待油膜界面稳定后,测得油膜面积为253cm2。
①估算油酸分子的直径d=______m(结果保留一位有效数字)。
②将上述油酸酒精溶液置于一个敞口容器中放置一段时间,再使用该溶液进行实验会导致分子直径的测量结果______(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
【答案】①5×10-10②偏大
【解析】①测得油膜面积为:
S=253cm2=2.53×10-2m2,
每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为:
V=
×
mL=1.25×10-11m3
油酸分子的直径为:
d=
=4.9×10-10m≈5×10-10m。
②置于一个敞口容器中,如果时间偏长,酒精挥发,导致油酸浓度增大,因此出现分子直径大小偏大。
8.“用油膜法估测分子的大小”的实验。
(1)“用油膜法估测分子的大小”实验的科学依据是______。
A.考虑了各油酸分子间的间隙
B.不考虑各油酸分子间的间隙
C.将油酸形成的膜看成单分子油膜
D.将油酸分子看成立方体
(2)某学生在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时,计算结果偏大,可能是由于_____。
A.油酸未完全散开
B.油酸溶液浓度低于实际值
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1mL的溶液的滴数多记了10滴
(3)在“用油膜法估测分子大小”实验中所用的油酸酒精溶液为1000mL溶液中有纯油酸0.6mL,用量筒测得1mL上述溶液为80滴,把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内,让油膜在水面上尽可能散开,油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示,图中正方形方格的边长为1cm,试求:
①油酸膜的面积是_________cm2。
(保留三位有效数字)
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是_________m3。
③实验测出油酸分子的直径是___________m。
(结果保留两位有效数字)
④实验中为什么要让油膜尽可能散开______________________________。
【答案】
(1)BC
(2)AC(3)①115②7.5×10-6③6.5×10-10④这样做的目的是为了让油膜在水平面上形成单分子油膜
【解析】
(1)在“用油膜法估测分子的大小”实验中,我们的实验依据是:
①油膜是呈单分子分布的;②把油酸分子看成球形;③分子之间没有空隙,由此可知AD错误,BC正确。
(2)计算油酸分子直径的公式是d=V/S,V是纯油酸的体积,S是油膜的面积。
A.油酸未完全散开,S偏小,故得到的分子直径d将偏大,故A正确;B.如果油酸溶液浓度低于实际值,则油酸的实际体积偏小,则直径将偏小,故B错误;C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,S将偏小,故得到的分子直径将偏大,故C正确;D.求每滴体积时,1mL的溶液的滴数误多记了10滴,由V0=V/n可知,纯油酸的体积将偏小,则计算得到的分子直径将偏小,故D错误。
(3)由图示可知,由于每格边长为1cm,则每一格就是1cm2,估算油膜面积以超过半格以一格计算,小于半格就舍去的原则,估算出115格.则油酸薄膜面积S=115cm2;一滴油溶液中含油的体积为
;所以油酸分子直径为
;当油酸溶液滴在水面后,让油膜尽可能散开,目的是为了让油膜在水平面上形成单分子油膜。
9.在做用油膜法估测分子大小的实验中,酒精油酸溶液的浓度约为每104mL溶液中有纯油酸6mL。
用注射器测得1mL上述溶液为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,用彩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,坐标纸中正方形方格的边长为1cm。
试求:
(1)油酸膜的面积是_______cm2
(2)每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积为________cm3
(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径___________m。
(4)某同学在实验过程中,在距水面约2cm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:
___________________________。
【答案】
(1)106
(2)8×10-6cm3(3)7.5×10-10m(4)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,因此油膜的面积先扩张后又收缩;②油酸酒精溶液中的酒精将溶于水并很快挥发,使液面收缩
【解析】
(1)根据图中的轮廓可知,油膜面积S=106×1cm2=106cm2。
(2)由1
mL溶液为75滴可知1滴溶液的体积为
mL,又已知每104mL溶液中有纯油酸6mL。
则1滴溶液中含纯油酸的体积为
V=
mL=8×10-6mL=8×10-6cm3。
[来源:
Zxxk.Com]
(3)油酸分子直径
cm≈7.5×10-8cm=7.5×10-10m。
(4)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,因此油膜的面积先扩张后又收缩;②油酸酒精溶液中的酒精将溶于水并很快挥发,使液面收缩
10.在用“油膜法估测分子大小”的实验中,有置于密闭容器中按体积比为
配制好的油酸酒精溶液、装有约2cm深的水的浅盘、一支滴管及一个量筒。
请补充下述估测分子大小的实验步骤:
(1)________________________(需要测量的物理量用字母表示)。
(2)用滴管将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的水面上,等油酸薄膜稳定后,将薄膜轮廓描绘在坐标纸上,如图所示则油膜面积为________________(已知网格纸上每个小方格面积为S,求油膜面积时,半个以上方格面积记为S,不足半个舍去)。
(3)估算油酸分子直径的表达式为
=_________________。
【答案】
(1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液,读出其体积V
(2)115S(3)
【解析】
(1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液,读出其体积V。
(2)利用补偿法,可算得面积为115S。
(3)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
,油膜面积为:
,由
,得:
。
11.在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中,油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL.用注射器测得1mL上述溶液中有液滴50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,在玻璃板上描出油膜的轮廓,随后把玻璃板放在坐标纸上,其形状如图4所示,坐标纸中正方形小方格的边长为20mm.求:
(1)油酸膜的面积;
(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积;
(3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径.
【答案与解析】
(1)由图中数得油酸薄膜轮廓内约包含62个方格,每个方格的面积为2×2=4cm2,所以总面积约为248cm2.
(2)由题知每滴油酸酒精溶液的体积是
mL.由于油酸的浓度为每104mL油酸酒精溶液中含6mL纯油酸,所以每滴溶液中含有纯油酸的体积是V=
×
mL=1.2×10-6mL
(3)根据上述数据,测出油酸分子的大小为d=
=4.8×10-10m。
12.在“用油膜法估测分子大小”的实验中,按照油酸与酒精的体积比为m:
n配制油酸酒精溶液,用注射器滴取该溶液,测得k滴溶液的总体积为V,将一滴溶液滴入浅盘,稳定后将油酸膜轮廓描绘在坐标纸上,如图所示。
已知坐标纸上每个小正方形的边长为a。
(1)求油膜面积;
(2)估算油酸分子的直径。
【答案】31a2
【解析】
(1)估算油膜面积时以超过半格以一格计算,小于半格就舍去的原则,估算出31格
则油酸薄膜面积为S=31a2。
(2)根据公式V油酸=dS,可得d=
。
【名师点拨】误差分析:
(1)油酸酒精溶液的实际浓度和理论值间存在偏差;
(2)一滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差;(3)油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏差;(4)采用“互补法(即不足半个舍去,大于半个的算一个)”计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差。
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