2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 熱學(xué) 實(shí)驗(yàn)十三 用油膜法估測(cè)分子的大小學(xué)案.doc
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實(shí)驗(yàn)十三 用油膜法估測(cè)分子的大小 1.實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)采用使油酸在水面上形成一層單分子油膜的方法估測(cè)分子的大?。?dāng)把一滴用酒精稀釋過(guò)的油酸滴在水面上時(shí),油酸就在水面上散開(kāi),其中的酒精溶于水,并很快揮發(fā),在水面上形成如圖1甲所示形狀的一層純油酸薄膜.如果算出一定體積的油酸在水面上形成的單分子油膜的面積,即可算出油酸分子的大?。肰表示一滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積,用S表示單分子油膜的面積,用d表示分子的直徑,如圖乙所示,則d=. 圖1 2.實(shí)驗(yàn)器材 盛水淺盤、注射器(或滴管)、容量瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉(或細(xì)石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩筆. 3.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)用稀酒精溶液及清水清洗淺盤,充分洗去油污、粉塵,以免給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤差. (2)配制油酸酒精溶液,取純油酸1mL,注入500mL的容量瓶中,然后向容量瓶?jī)?nèi)注入酒精,直到液面達(dá)到500mL刻度線為止,搖動(dòng)容量瓶,使油酸充分溶解在酒精中,這樣就得到了500mL含1mL純油酸的油酸酒精溶液. (3)用注射器(或滴管)將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,并記下量筒內(nèi)增加一定體積Vn時(shí)的滴數(shù)n. (4)根據(jù)V0=算出每滴油酸酒精溶液的體積V0. (5)向淺盤里倒入約2cm深的水,并將痱子粉或細(xì)石膏粉均勻地撒在水面上. (6)用注射器(或滴管)將一滴油酸酒精溶液滴在水面上. (7)待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,并將油酸膜的形狀用彩筆畫(huà)在玻璃板上. (8)將畫(huà)有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,算出油酸薄膜的面積S(求面積時(shí)以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1cm的正方形為單位計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù),不足半個(gè)的舍去,多于半個(gè)的算一個(gè)). (9)根據(jù)油酸酒精溶液的配制比例,算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V,并代入公式d=算出油酸薄膜的厚度d. (10)重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟,多測(cè)幾次油酸薄膜的厚度,并求平均值,即為油酸分子的大小. 1.?dāng)?shù)據(jù)處理 根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù),完成以下表格內(nèi)容. 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 量筒內(nèi)增加1mL溶液時(shí)的滴數(shù) 輪廓內(nèi)的小格子數(shù) 輪廓面積S 1 2 3 4 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 一滴純油酸的體積V 分子的大小(m) 平均值 1 2 3 4 2.注意事項(xiàng) (1)注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1cm之內(nèi),當(dāng)針頭靠水面很近(油酸未滴下之前)時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開(kāi),這是針頭中酒精揮發(fā)所致,不影響實(shí)驗(yàn)效果. (2)待測(cè)油酸薄膜擴(kuò)散后又會(huì)收縮,要在油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后再畫(huà)輪廓.?dāng)U散后又收縮有兩個(gè)原因:①水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復(fù);②酒精揮發(fā)后液面收縮. (3)當(dāng)重做實(shí)驗(yàn)時(shí),將水從淺盤的一側(cè)邊緣倒出,在這側(cè)邊緣會(huì)殘留油酸,可用少量酒精清洗,并用脫脂棉擦去再用清水沖洗,這樣做可保持淺盤的清潔. (4)本實(shí)驗(yàn)只要求估測(cè)分子的大小,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)量級(jí)符合要求即可. 命題點(diǎn)一 教材原型實(shí)驗(yàn) 例1 在用單分子油膜估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)中, (1)某同學(xué)計(jì)算出的結(jié)果明顯偏大,可能是由于( ) A.油酸未完全散開(kāi) B.油酸中含有大量酒精 C.計(jì)算油膜面積時(shí)舍去了所有不足一格的方格 D.求每滴溶液中純油酸的體積時(shí),1mL溶液的滴數(shù)多記了10滴 (2)在做實(shí)驗(yàn)時(shí),油酸酒精溶液的濃度為每1000mL溶液中有純油酸1mL,用注射器測(cè)得1mL上述溶液有200滴,把一滴該溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的淺盤里,待水面穩(wěn)定后,測(cè)得油膜的近似輪廓如圖2所示.圖中正方形小方格的邊長(zhǎng)為1cm,根據(jù)上述數(shù)據(jù),估測(cè)出油酸分子的直徑是________nm. 圖2 答案 (1)AC (2)0.4 解析 (1)分子直徑d=,計(jì)算出的結(jié)果明顯偏大,若油酸未完全散開(kāi),面積減小,直徑偏大,A正確;若油酸中含有大量酒精,會(huì)使油膜面積偏大,直徑偏小,B錯(cuò)誤;若計(jì)算油膜面積時(shí)舍去了所有不足一格的方格,會(huì)使油膜面積偏小,直徑偏大,C正確;求每滴溶液中純油酸的體積時(shí),1 mL溶液的滴數(shù)多記了10滴,會(huì)使液滴體積變小,直徑偏小,D錯(cuò)誤. (2)油酸酒精溶液的濃度為,一滴溶液中含有純油酸的體積為 mL,形成油膜約占125個(gè)小格,即S=12510-4 m2,則油酸分子的直徑d==410-10 m=0.4 nm. 1.“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)要步驟如下: A.將畫(huà)有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,數(shù)出輪廓內(nèi)的方格數(shù)(不足半個(gè)的舍去,多于半個(gè)的算一個(gè)),再根據(jù)方格的邊長(zhǎng)求出油酸膜的面積S. B.將一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,用彩筆將薄膜的形狀描畫(huà)在玻璃板上 C.用淺盤裝入約2cm深的水. D.用公式d=,求出薄膜厚度,即油酸分子直徑的大?。? E.根據(jù)油酸酒精溶液的濃度,算出一滴溶液中純油酸的體積V. 上述步驟中有步驟遺漏或不完整的,請(qǐng)指出: (1)________________________________________________________________________ (2)________________________________________________________________________ 上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是________. 某同學(xué)實(shí)驗(yàn)中最終得到的計(jì)算結(jié)果和大多數(shù)同學(xué)的比較,數(shù)據(jù)偏大,對(duì)出現(xiàn)這種結(jié)果的原因,下列說(shuō)法中可能正確的是________. A.錯(cuò)誤地將油酸酒精溶液的體積直接作為油酸的體積進(jìn)行計(jì)算 B.計(jì)算油酸膜面積時(shí),錯(cuò)將不完整的方格作為完整方格處理 C.計(jì)算油酸膜面積時(shí),只數(shù)了完整的方格數(shù) D.水面上痱子粉撒得較多,油酸膜沒(méi)有充分展開(kāi) 答案 見(jiàn)解析 解析 (1)C步驟中,要在水面上撒上痱子粉或細(xì)石膏粉. (2)實(shí)驗(yàn)時(shí),還需要:F.用注射器或滴管將事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,記下量筒內(nèi)增加一定體積時(shí)液滴的數(shù)目. 實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是CFBAED. 由d=可知,測(cè)量結(jié)果偏大有兩個(gè)原因,一是體積比正常值偏大,二是面積比正常值偏小,故正確的說(shuō)法是A、C、D. 2.在“用單分子油膜估測(cè)分子大小”實(shí)驗(yàn)中, (1)①取一定量的無(wú)水酒精和油酸,制成一定濃度的油酸酒精溶液; ②在量筒中滴入一滴該溶液,測(cè)出它的體積; ③在蒸發(fā)皿內(nèi)盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散開(kāi)穩(wěn)定; ④在蒸發(fā)皿上覆蓋透明玻璃,描出油膜形狀,用透明方格紙測(cè)量油膜的面積. 改正其中的錯(cuò)誤:____________________ ________________________________________________________________________. (2)若油酸酒精溶液體積濃度為0.10%,一滴溶液的體積為4.810-3mL,其形成的油膜面積為80cm2,則估測(cè)出油酸分子的直徑為_(kāi)_______m. 答案 (1)見(jiàn)解析 (2)6.010-10 解析 (1)②由于一滴溶液的體積太小,直接測(cè)量時(shí)相對(duì)誤差太大,應(yīng)用微小量累積法減小測(cè)量誤差,故可在量筒內(nèi)滴入N滴該溶液,測(cè)出它的體積.③液面上不撒痱子粉或細(xì)石膏粉時(shí),滴入的油酸酒精溶液在酒精揮發(fā)后剩余的油膜不能形成一塊完整的油膜,故應(yīng)先在液面上撒痱子粉或細(xì)石膏粉. (2)由油膜的體積等于一滴油酸酒精溶液內(nèi)純油酸的體積可得 d== m=6.010-10 m. 3.在做“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中,將油酸溶于酒精,其濃度為每104mL溶液中有6mL油酸.用注射器測(cè)得1mL上述溶液有75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,用彩筆在玻璃板上描出油酸膜的輪廓,再把玻璃板放在坐標(biāo)紙上,其形狀和大小如圖3所示,坐標(biāo)中正方形方格的邊長(zhǎng)為1cm,試求: 圖3 (1)油酸膜的面積是________; (2)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是________; (3)按以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估測(cè)出油酸分子的直徑是________. 答案 (1)131cm2 (2)810-6mL (3)6.110-10m 解析 (1)根據(jù)題圖,數(shù)得格子數(shù)(多于半個(gè)的算一個(gè),不足半個(gè)的舍去)為131個(gè),那么油膜面積是S=1311 cm2=131 cm2. (2)根據(jù)已知條件可知,1 mL溶液中有75滴,1滴溶液的體積是mL.又已知每104 mL溶液中有純油酸6 mL,一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積是 V= mL=810-6 mL. (3)油酸分子的直徑為 d== cm≈6.110-10 m. 命題點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 例2 測(cè)量分子大小的方法有很多,如油膜法、顯微法. (1)在“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中,用移液管量取0.25mL油酸,倒入標(biāo)注250mL的容量瓶中,再加入酒精后得到250mL的溶液.然后用滴管吸取這種溶液,向小量筒中滴入100滴溶液,溶液的液面達(dá)到量筒中1mL的刻度,再用滴管取配好的油酸溶液,向撒有痱子粉的盛水淺盤中滴下2滴溶液,在液面上形成油酸薄膜,待油膜穩(wěn)定后,放在帶有正方形坐標(biāo)格的玻璃板下觀察油膜,如圖4甲所示.坐標(biāo)中每個(gè)小正方形方格的大小為2cm2cm.由圖可以估算出油膜的面積是______cm2,由此估算出油酸分子的直徑是______m(保留一位有效數(shù)字). 圖4 (2)如圖乙是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個(gè)“量子圍欄”的照片.這個(gè)量子圍欄是由48個(gè)鐵原子在銅的表面排列成直徑為1.4310-8m的圓周而組成的.由此可以估算出鐵原子的直徑約為_(kāi)_______m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字). 答案 (1)256 810-10 (2)9.410-10 解析 (1)數(shù)油膜的正方形格數(shù),大于半格的算一格,小于半格的舍去,得到油膜的面積S=642 cm2 cm=256 cm2.溶液濃度為,每滴溶液體積為 mL,2滴溶液中所含油酸體積為V=210-5 cm3.油膜厚度即油酸分子的直徑是d=≈810-10 m. (2)直徑為1.4310-8 m的圓周周長(zhǎng)為D=πd≈4.4910-8 m,可以估算出鐵原子的直徑約為 d′= m≈9.410-10 m.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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