試驗(yàn)09用油膜法估測(cè)分子直徑

1、實(shí)驗(yàn)九：用油膜法估測(cè)分子直徑【實(shí)驗(yàn)播放】1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1)知道本實(shí)驗(yàn)的原理及所需的器材，了解實(shí)驗(yàn)注意的事項(xiàng)。(2)會(huì)正確測(cè)出一滴油酸酒精溶液中油酸的體積及形成油膜的面積。(3)會(huì)計(jì)算分子的大小，處理好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(4)領(lǐng)會(huì)本實(shí)驗(yàn)方法構(gòu)思的特點(diǎn)，理解間接測(cè)量微觀量的思想。2、實(shí)驗(yàn)原理：油酸分子的一端具有親水性，另一端具有憎水性，當(dāng)把酒精稀釋過的油酸滴在水面上時(shí)，油酸便在水面上散開，其中酒精溶于水，并很快揮發(fā)，在水面上形成有自由邊界的一層純油酸薄膜，形成單分子油膜。如果將油酸看作是球狀模型，測(cè)出一定體積的油酸溶液在水面上形成的油膜面積，計(jì)算出油膜的厚度，這個(gè)厚度就等于分子的直徑。3、實(shí)驗(yàn)器材盛水的

2、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，一個(gè)量筒，按一定的比例(一般為1:200)稀釋了的油酸溶液，帶有坐標(biāo)方格的透明有機(jī)玻璃蓋板(面積略大小容器的上表面積)，少量郁子粉或石膏粉，彩筆。4、實(shí)驗(yàn)步驟(1)用注射器或滴管將一定容積的油酸溶液一滴一滴地滴入量筒，記下量筒內(nèi)增加一定體積的滴數(shù)，求出一滴油酸溶液中所含純油酸的體積V。(2)向容器中倒入約2cm深的水，將郁子粉均勻地撒在水面上。(3)小心地將一滴油酸溶液滴到水面上，讓它在水面上自由地?cái)U(kuò)展為油酸膜。(4)輕輕地將有機(jī)玻璃蓋板放到容器上，用彩筆將油酸膜的形狀畫在玻璃板上。(5)利用坐標(biāo)方格計(jì)算出油膜的面積S,再根據(jù)一滴溶液中

3、純油酸的體積和油膜的面積求出油膜的厚度D=V,即為所測(cè)分子和直徑。S5、數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算分子直徑時(shí)，注意加的不是純油酸，而是酒精油酸溶液，在利用公式d=V計(jì)S算時(shí)，式中的V不是溶液的體積.而應(yīng)該進(jìn)行換算，計(jì)算出1滴酒精油酸溶液中純油酸的體積，方法是：設(shè)n滴酒精油酸溶液是1mL,則每1滴的酒純油酸溶液的體積是工mL,n事先知道配制溶液的比例是工，則1滴溶液中的純油酸體積V=1mL。式中的SMnM是滴入水中后，純油酸形成的油膜，其面積用數(shù)坐標(biāo)紙上對(duì)應(yīng)的格數(shù)來計(jì)算，以1cm為邊長(zhǎng)的坐標(biāo)紙上占了多少個(gè)格，其面積就是多少平方厘米，數(shù)格時(shí)，不足半個(gè)格的舍去，多于半格的算1個(gè)格.這樣就可粗略地計(jì)算出油酸分

4、子的直徑.6、注意事項(xiàng)(1)郁子粉不要撒得太多，只要能夠幫助看清油膜邊界即可。(2)滴入油酸溶液時(shí)，一定要細(xì)心，不要一下滴得太多，使油膜的面積過大。(3)待測(cè)油酸面擴(kuò)散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓.擴(kuò)散后又收縮有兩個(gè)原因：第一是水面受油酸滴沖擊凹陷后恢復(fù)；第二是酒精揮發(fā)后液面收縮.(4)利用坐標(biāo)求油膜面積時(shí)，以邊長(zhǎng)1cm的正方形為單位，計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)時(shí)，不足一個(gè)的均算半個(gè)。(5)當(dāng)重做實(shí)驗(yàn)時(shí)，水從盤的一側(cè)邊緣倒出，在這側(cè)面會(huì)殘留油酸，用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去再用清水沖洗.這樣可保持盤的清潔.7、誤差分析(1)由于我們是采用間接測(cè)量的方式測(cè)量分子的直徑，實(shí)驗(yàn)室中配制的酒精溶液的濃度

5、、油酸在水面展開的程度、油酸面積的計(jì)算都直接影響測(cè)量的準(zhǔn)確程度。(2)雖然分子直徑的數(shù)量級(jí)應(yīng)在10-1Om。但中學(xué)階段，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)只要能測(cè)出油酸分子直線的數(shù)量級(jí)在10-9m上即可認(rèn)為是成功的?！驹囶}解析】例1在做“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，所用油酸酒精溶液的濃度為每104mL溶液中有純油酸6mL,用注射器測(cè)得1mL上述溶液75滴.把1滴該溶液滴人盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用筆在玻璃板上描出油酸的輪廓，再把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀和尺寸如圖1所示.坐標(biāo)中正方形方格的邊長(zhǎng)為1cm,試求：(1)油酸膜的面積是多少cm2?(2)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積？(3)按

6、以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估測(cè)出油酸分子的直徑.解析(1)由圖形狀，其中正方形方格87個(gè)，用補(bǔ)償法近似處理，可補(bǔ)19個(gè)整小方格.實(shí)際占小方格87+19=106,那么油膜面積S=106X1cm2=106cm2.(2)由1mL溶液中有75滴，1滴溶液的體積2mL.又每104mL溶液中有純油酸6mL,751mL溶液中純油酸的體積V=-6yX1mL=8X10-6mL.7510475(3)油酸分子直徑D=7.5X10-10m。例2在用油膜法估測(cè)分子的大小實(shí)驗(yàn)中，已知一滴溶液中油酸的體積為V,配制的油酸溶液中，純油酸與溶液體積之比為1:500,1mL溶液油酸25滴，那么1滴溶液的體積是mL,所以一滴溶液中油酸體積為cm

7、3,若實(shí)驗(yàn)中測(cè)得結(jié)果如下表所示，請(qǐng)根據(jù)所給數(shù)據(jù)填寫出空白處的數(shù)值，并與公認(rèn)的油酸分子長(zhǎng)度值Lo=1.12X10-10m做比較，并判斷此實(shí)驗(yàn)是否符合數(shù)量級(jí)的要求.次數(shù)S(cm2)L=V(10-7cm)L的平均值153324933563解析由題給條件得，1滴溶液的體積V=mL,由題意可知：1滴溶液中油酸體25積xcm3=8x10-5cm3-50025據(jù)此算得3次測(cè)得L的結(jié)果分別為1.50X10-7cm、1.62X10-7cm、1.42X107cm,其平均值L=1.51x10-7cm=1.51x10-1°m,這與公認(rèn)值的數(shù)量級(jí)相吻合，故本3次估測(cè)數(shù)值符合數(shù)量級(jí)的要求.【實(shí)驗(yàn)拓展】1 .學(xué)科

8、間綜合例3油酸分子式是C17H33COOH,其中對(duì)水有很強(qiáng)的親和力，故當(dāng)它滴入水中時(shí)，油酸分子能在水中，形成一個(gè)油膜.解析油酸的化學(xué)分子式是C17H33COOH,它的一個(gè)分子可以設(shè)想為兩部分組成:部分是C17H33-,它不受水的吸引；另一部分是-COOH,它對(duì)水有很強(qiáng)的親合力.經(jīng)過酒精稀釋的油酸滴在水面上形成近似圓形的油膜，酒精溶于水并揮發(fā)后，在水面上形成一層單分子純油酸層，其中C17H33-冒出水面，而-COOH部分在水中.如圖2所示，估算油酸分子的最大長(zhǎng)度只需求出這層油膜的厚度即可.2 .分子間距離的計(jì)算例4如圖3所示，食鹽（NaCl）的晶體是由鈉離子（圖中。）和氯離子（圖中）組成的.這兩

9、種離子在空間中三個(gè)互相垂直的方向上，都是等距離地交錯(cuò)排列的.已知食鹽的摩爾質(zhì)量是58.5g/mol,食鹽的密度是2.2g/cm3.阿伏伽德羅常數(shù)為6.0X1023mol-1.在食鹽晶體中兩個(gè)距離最近的鈉離子中心間的距離的數(shù)值最接近于（就下面四個(gè)數(shù)值相比）.A.3.0x10-8cmB.3.5x10-8cmC.4.0x10-8cmD.5.0x10-8cm解析由題意可知，每立方厘米所含食鹽的摩爾數(shù)為a=_24mol/cm3,其所包含的58.5分子數(shù)為n=_22_x6.0X1023=2.26x1022個(gè)/cm3,則所含離子數(shù)為2n,則每個(gè)離子所占有58.5的體積為V0=-x10-22cm3=2.2x1

10、0-23cm3,將離子視為立方體，則兩個(gè)距離最近的22.26鈉離子中心間的距離為其立方體的邊長(zhǎng)的72倍，即d=V2泅=3.9X10-8cm,即答案C正確。【考點(diǎn)訓(xùn)練】1 .如何利用注射器較準(zhǔn)確地測(cè)出1mL油酸溶液的體積？2 .在做“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，準(zhǔn)備以下器材：酒精稀釋過的油酸、滴管、那子粉、淺盤及水、玻璃板，還缺少的器材有（）A.彩筆B,量筒C.方格坐標(biāo)紙D.深水槽3 .在“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于油膜面積的測(cè)量方法，下列做法中正確的是（）A.油酸酒精溶液滴入水中后，應(yīng)立即用刻度尺去量油膜的面積B.油酸酒精溶液滴入水中后，應(yīng)讓油膜盡可能地散開，再用刻度尺去量油膜

11、的面積C.油酸酒精溶液滴入水中后，應(yīng)立即將油膜的輪廊畫在玻璃板上，再利用坐標(biāo)紙去計(jì)算油膜的面積.D.油酸酒精溶液滴入水中后，應(yīng)讓油膜盡可能散開，再把油膜的輪廓畫在玻璃板上，然后用坐標(biāo)紙去計(jì)算油膜的面積.4 .在做“用油膜法測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，為什么要待容器中的水穩(wěn)定后才進(jìn)行測(cè)量*油酸分子直徑的數(shù)量級(jí)為10-10m,某同學(xué)的測(cè)量結(jié)果大于這個(gè)數(shù)量級(jí)，試分析可能的原因.5 .下列關(guān)于“用油膜法估測(cè)分子的大小”說法中，錯(cuò)誤的是（）A.油膜法可以非常準(zhǔn)確地將油膜分子的直徑測(cè)量出來B.油膜法只能估測(cè)出分子直徑的數(shù)量級(jí)C.為了使測(cè)量更準(zhǔn)確些，應(yīng)該保持容器的清潔，在實(shí)驗(yàn)過程中注意淺盤的穩(wěn)定性D.實(shí)驗(yàn)的誤差主

12、要出在數(shù)出1mL溶液可以滴多少滴以及一滴溶液中含有多少體積純油酸的計(jì)算上，為準(zhǔn)確起見，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)前加強(qiáng)練習(xí)，多測(cè)幾次取平均值6 .在計(jì)算一滴稀釋油酸的體積時(shí)，要數(shù)出1mL溶液中可以滴n滴，從而計(jì)算出一滴溶液中含有mL的純油酸.（每1mL溶液含LmL純油酸）7 .對(duì)于油酸分子豎立在水面上，下列說法正確的是（）A.油酸分子可分為兩個(gè)部分，其中-COOH對(duì)水有很強(qiáng)的親和力，故能使油酸分子豎立漂在水面上，形成單分子油膜層B.油酸分子可分為兩個(gè)部分，其中Cl7H33-對(duì)水有很強(qiáng)的親和力，故能使油膜分子豎立在水中，形成單分子油膜層C.油膜分子豎立水中時(shí)，油膜分子兩個(gè)部分中的-COOH留在水里，Cl7H33-

13、露出水面D.油膜分子豎立水中時(shí)，它兩個(gè)部分中的-COOH露出水面而Ci7H33-留在水中8 .粗測(cè)油酸分子大小的實(shí)驗(yàn)中，具體操作如下：取油酸1.00mL注入250mL的容量瓶?jī)?nèi)，然后向瓶中加入酒精，直到液面達(dá)到250mL的刻度為止，搖動(dòng)瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸的酒精溶液.用滴管吸取制得的溶液逐滴滴人量筒，記錄滴人的滴數(shù)直到量筒達(dá)到1.00mL為止，恰好共滴了100滴.在水盤內(nèi)注入蒸儲(chǔ)水，靜置后滴管吸取油酸的酒精溶液，輕輕地向水面滴一滴溶液，酒精揮發(fā)后，油酸在水面上盡可能地散開，形成一油膜.測(cè)得此油膜面積為3.60X102cm2.(1)這種粗測(cè)方法是將每個(gè)分子視為,讓油酸盡可能地在水面

14、上散開，則形成的油膜面積可視為,這層油膜的厚度可視為油分子的。(2)利用數(shù)據(jù)可求得油酸分子的直徑為m.9 .下面哪些措施可以減小“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)的誤差().A.裝在淺盤中的水用蒸儲(chǔ)水D.向水中滴油酸酒精溶液液滴時(shí)，只要注射器針尖離水面近一些就可以，沒有其他要求C.在描繪油膜形狀時(shí)，透明蓋板要離水面近些D.在油膜穩(wěn)定后再描繪油膜的形狀10 .在做“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，油酸酒精溶液的濃度為每104mL溶液中有純油酸6mL.用注射器測(cè)得1mL上述溶液中有液滴50滴.把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描出油膜的輪廓，隨后把玻璃板放在

15、坐標(biāo)紙上，其形狀如圖所示，坐標(biāo)紙中正方形小方格的邊長(zhǎng)為20mm.求：(1)油酸膜的面積；(2)每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積;(3)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測(cè)出油酸分子的直徑.【答案與提示】1 .在將注射器中注滿油酸溶液后，應(yīng)首先使針頭朝上，把氣泡排出，再使注射器針頭豎直朝下.一般來說用手下推活塞很難保證活塞勻速運(yùn)動(dòng)，易造成油滴大小不一，而拔出活塞，讓油酸溶液在重力作用下自由滴下效果較好.2 .ABC3 .對(duì)實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)熟悉之后，很容易得出答案：D.4 .因水不穩(wěn)定時(shí)易發(fā)生波動(dòng)及振動(dòng)，不易形成完整、準(zhǔn)確的膜，從而導(dǎo)致誤差較大.原因可能是油酸酒精濃度過大，一滴混合溶液中油酸的體積就大，形成單分子的油膜

16、面積就大.而盛水的容器面積不夠，油酸散到容器邊上時(shí)散不開，即不能形成盡量薄的單分子油膜，造成測(cè)量誤差較大.也可能盛水容器太小，郁子粉撒得過厚也是造成測(cè)量誤差的原因.5 .AcL6 .一n7 .AC8 .(1)球形單分子油膜直徑(2)1.11X10-9。9 .蒸儲(chǔ)水中不含雜質(zhì)，不致對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響，因此A選項(xiàng)正確.在向水中滴油酸溶液液滴時(shí)，注射器針尖要盡量靠近水面，避免對(duì)水面產(chǎn)生太大的沖擊.如果液滴下落高度太大，對(duì)水面沖擊太大，會(huì)形成爆炸式的、含有大鋸齒形的油膜面，給測(cè)量造成困難.同時(shí)，滴液滴時(shí)還要求滴在膜的中央，因此B選項(xiàng)錯(cuò)誤.在描繪油膜形狀時(shí)，蓋板離水面近些便于描繪，C選項(xiàng)正確.同時(shí)還要注意：眼睛應(yīng)在油膜的正上方，并使視線與油膜垂直；在描繪過程中要避免引起水面振動(dòng).在油酸溶液液滴滴入水中后，會(huì)發(fā)現(xiàn)油膜面積先增大、后減小的現(xiàn)象，這是因?yàn)橛?/p>