1、实验13 用油膜法估测分子的大小,-2-,一、实验目的 1.估测油酸分子的大小。 2.学会间接测量微观量的原理和方法。 二、实验原理 1.利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜,如图所示。2.将油酸分子看作球形,测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积。 3.用d= 计算出油膜的厚度(V为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,S为油膜面积),这个厚度就近似等于油酸分子的直径。,-3-,三、实验器材 盛水浅盘、注射器(或滴管)、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。,-4-,四、实验步骤 1.配制油酸酒精溶液:把1 mL的油酸溶于酒精中,制成200 mL的油酸酒精溶液。
2、 2.往浅盘中倒入约2 cm深的水,然后将痱子粉(或石膏粉)均匀地撒在水面上。 3.用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴油酸酒精溶液,使这些溶液体积恰好为1 mL,算出每滴油酸酒精溶液所含油酸的体积V= mL。 4.用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴油酸酒精溶液,油酸就在水面上慢慢散开,形成单分子油膜。 5.待油酸薄膜形状稳定后,将一块较大的玻璃板盖在浅盘上,用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。,-5-,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。求面积时,以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位,数出轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个。 7.根据一滴油酸的体
3、积V和其形成的薄膜的面积S,算出油酸薄膜的厚度d= ,即为油酸分子的大小。比较算出的分子大小,看其数量级是否为10-10 m。 五、误差分析 1.纯油酸体积的计算引起误差。 2.油膜面积的测量引起的误差主要有两个方面: (1)油膜形状的画线误差; (2)数格子法本身是一种估算的方法,自然会带来误差。,-6-,六、注意事项 1.实验前,必须将所有的实验用具擦洗干净,实验时,吸取油酸、酒精和油酸酒精溶液的滴管不能混用,否则会增大实验误差。 2.油酸酒精溶液中油酸与酒精的体积比以1200为宜。 3.浅盘里的水面离盘口面的距离应较小,并要水平放置,以便准确地画出油酸薄膜的形状,画线时视线应与板面垂直。
4、 4.油酸在水面上形成的薄膜先扩散后收缩,要在薄膜形状稳定后再画轮廓。薄膜扩散后又收缩的原因有两个:一是水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复;二是酒精挥发后,薄膜回缩。 5.滴油酸溶液的滴口应在离水面1 cm之内,否则油酸薄膜难以形成。实验前要注意训练好滴法。,-7-,该实验中,我们为什么可以用d= 来计算油酸分子的直径? 提示：该实验中油酸分子呈球形分布在水面上,且一个挨一个,从而可以由体积与面积相除求出油膜的厚度,油膜的厚度也就是分子的直径。,-8-,考点一,考点二,实验原理与操作,例1利用油膜法估测油酸分子的大小,实验器材有:浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度为0.1 mL的量
5、筒、盛有适量清水的规格为30 cm40 cm的浅盘、痱子粉、胶头滴管、有机玻璃板、彩笔、坐标纸。 (1)下面是实验步骤,请填写所缺的步骤C。 A.用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下滴入1 mL油酸酒精溶液时的滴数N; B.将痱子粉均匀地撒在浅盘内的水面上,用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液,从靠近水面处向浅盘中央一滴一滴地滴入油酸酒精溶液,直到油酸薄膜有足够大的面积且不与器壁接触为止,记下滴入的滴数n; C. ;,-9-,考点一,考点二,D.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,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,算出油酸薄膜的
6、面积S(单位:cm2)。 (2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的大小为(单位:cm)。,解析：(1)待薄膜形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。,-10-,考点一,考点二,方法归纳用油膜法估测分子大小的思路 (1)理解分子模型,也就是理解油酸分子在水面上形成的薄膜厚度即分子直径。 (2)明确溶质和溶剂的关系,正确求出纯油酸体积V。 (3)准确“数”出油膜的面积S。 (4)利用d= 求得分子直径。,-11-,考点一,考点二,数据处理与误差分析例2油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL,现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液,量筒中
7、的溶液体积增加了1 mL,若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中,由于酒精溶于水,油酸在水面展开,稳定后形成的油膜的形状如图所示。每一小方格的边长为25 mm。,-12-,考点一,考点二,(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为 模型,让油酸尽可能地在水面上散开,则形成的油膜可视为 油膜,这层油膜的厚度可视为油酸分子的 。图中油酸膜的面积为 m2;每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是 m3;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) (2)某同学在实验过程中,在距水面约2 cm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
8、些,这是为什么呢? 请写出你分析的原因: 。,答案,解析,-13-,考点一,考点二,特别提醒进行数据处理防止出现以下4个方面的错误 (1)将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算。 (2)计算油膜面积时,将不完整的方格作为完整方格处理。 (3)计算油酸膜面积时,只数了完整的方格数。 (4)计算分子直径时没有统一国际单位。,-14-,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 cm2 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(保留一位有效数字)。,-15-,(2)图乙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1.4310-8 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)。,答案,解析,
