[高二物理实验教案]

用油膜法估测分子的大小

实验目的

学会用油膜法估测分子的大小

实验器材

①注射器或滴管②事先配制好的油酸酒精溶液③量筒④盛有清水的浅盘⑤痱子粉⑥玻璃板⑦坐标纸

实验原理

如果分子直径为d，油滴体积是V，油膜面积为S，则d=V／S，测出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，测出油膜的面积S，估算出分子直径的数量级。

实验步骤

1．用注射器或滴管将老师事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一定体积（如1mL）时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，然后再按油酸酒精溶液的浓度计算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。

2.往边长约为30—40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水稳定后，将适量痱子粉均匀地洒在水面上。

3．用注射器或滴管将老师事先配制好的油酸酒精溶液滴在水面上一滴，形成如图1—1所示的形状，待油酸薄膜的性状稳定后，将准备好的玻璃板放在浅盘上，（注意玻璃板不能与油膜接触）然后将油膜的形状用彩笔描在玻璃板上。

4．将画有油膜轮廓的玻璃板正确的放在坐标纸上，计算出油膜的面积S，求面积时以坐标纸上边长为1cn的正方形为单位，计算出正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，

5．根据纯油酸的体积V和油酸的面积S可计算出油酸薄膜的厚度，即油酸分子的大小。

注意事项

1．油酸酒精溶液的浓度以小于l‰为宜。

2．油酸酒精溶液的液滴要适当多一些。

3．每次实验时要让浅盘中的水稳定后再做。

4．痱子粉不宜撒得过厚，器具用后要清洗好。

实验纪录

课堂练习

1．油酸是一种脂肪酸，它的分子和水分子有很强的      能力，当它浮在水面上形成一层油膜时，薄膜中只有一层分子，这样的一层油酸薄膜简称        。如果油酸分子可以大致看作球形，油膜的厚度就是分子的直径。事先测出一滴油酸的体积V，再测出油膜的面积S，就可计算出油膜分子的直径d=       。油酸分子直径的数量级是     m。

2．用注射器或滴管将老师事先配制好的       溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一定体积（如1mL）时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的       ，然后再按油酸酒精溶液的浓度，计算出一滴溶液中       的体积V。

能力测试：

1．实验中为什么要待容器中的水稳定后再进行实验？

2．油酸分子直径的数量级在10^-10m，有位同学的测量结果远大于这个数量级，试分析可能的原因。

3．根据你的体会，试述做好本实验应该注意的几个问题。（或影响实验结果的因素）

4．已知酒精油酸溶液的浓度为1‰，一滴油酸酒精溶液在水中扩展的油膜面积约为186cm²，1Ml油酸溶液约有66滴。试确定油酸分子的大小。

作业

完成实验报告

附：参考资料

“用油膜法估测分子大小”的实验指导

用油膜法估测分子的大小这一学生实验，是要让学生学习一种方法，即用宏观手段来研究微观问题，该实验具有很强的探索性，因此指导学生做好这个实验是十分有意义的。　 要做好这个实验，需注意以下三个主要问题。　　　　　　　　　

一、浓度配制　

教材中要求老师事先配制好一定浓度的酒精油酸溶液，并无明确指明要配多大的浓度、而这一浓度大小的选择正是这个实验成功的关键。通过多次试验，我们认为浓度选取1‰较合适。配制浓度为l‰的油酸溶液可经两次配制。第一次配制，在100ml量筒中准确地放人96ml无水乙醇，再用5ml量简量入4ml油酸，充分搅拌后，得到4％浓度的油酸溶液。第二次配制，取97．5ml的无水乙醇放入另一个100ml量筒中，用5ml量筒准确量入第一次配好的浓度为4％的油酸溶液2．5ml，充分搅拌，便得到l‰的油酸溶液。　

通过两次配制，既可减小取液时的相对误差，又可用尽量少的液体配出。较准确浓度的溶液。在配制过程中应注意，（1）小量简量取的溶质要全部放入溶液；（2）充分搅拌；（3）油酸溶液配制后不要长时间放置，以免酒精挥发改变浓度。　 　　　　　　　　

二、粉的厚度　

实验中痱子粉的作用是界定油膜大小的边界，痱子粉过厚，油膜不易扩散，使水面的痱子粉开裂，痱子粉太少，油膜边界不清。教材中要求学生将痱子粉均匀地撒在水面上，如何“撒”．这是关键，为了让学生撒好痱子粉，可先将痱子粉装入小布袋中，然后拿一细木棒在水面上方轻敲布袋，即可得到均匀的、很薄的一层痱子粉。具体撒多薄的痱子粉，教师要事先试验．心中有数，并指导学生操作。　　　　　　　　　

三、点的滴法　

实验时，把配好的浓度为1‰的油酸溶液约（3ml一5ml）分到5ml量筒中，发给各小组，让学生用液管抽取溶液，一滴一滴地滴入小量筒，训练准确、均匀地滴点。在练习之前，教师应示范滴管的拿取姿势，用左手食指、中指挟住滴管的中部．右手拇指和食指摄住滴管的胶头，两手掌靠拢。形成一个稳定的姿势，再把两肘支在桌上，这样可保证滴出每滴溶液时所用的力始终不变，数出的滴数误差就会减小。学生按上述方法操作，记下小量筒内增加一定体积（例如lml）时的滴数。接下来把一滴油酸溶液滴入撒好痱子粉的水面中央，这滴油酸溶液立刻伸展为一个80cm²，140cm²左右的以痱子粉为边界的近圆形油膜，边缘是锯齿形，当油膜中的无水乙醇挥发、溶解后．油膜便自动收缩为60cm²－120cm²的近圆形油膜。浅盘上盖好玻璃，用彩笔描出油膜边界，用坐标纸量出油膜面积。　

注意了以上三个问题后，这个实验就不难成功了，实验过程中，另外注意浅盘选深度为5cm左右的圆盘，口径选40cm以上，底色用棕、黑等深色，痱子粉应保证干燥，浅盘中的水应提前放置（静置）10小时以上，滴管往浅盘水面上滴油酸溶液时，滴管口距下面的高度应在1cm 之内，当重做实验时，应用大量清水把钱盘及量筒、滴管洗净，有条件的学校如用热水清洗或酒清擦试后再冲洗效果更佳。　 总之，只要教师精心准备，对学生认真指导，则可观察到应有的实验现象，一定会得到与油酸分子公认值1．12 × 10^-9很接近的测量估算值

 

第二篇：选修3-3实验 用油膜法估测分子的大小

选修3-3实验 用油膜法估测分子的大小

【例1】在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中,实验简要步骤如下:                   (   )

A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去,多于半个的算一个),再根据方格的边长求出油膜的面积S

B.将一滴酒精油酸溶液滴在水面,待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上

C.用浅盘装入约2 cm深的水,然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上

D.取一定体积的油酸和确定体积的酒精混合均匀配制成一定浓度的酒精油酸溶液

E.根据酒精油酸溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V

F.用注射器或滴管将事先配制好的酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内增加一定体积时的滴数

G.由V/S得油酸分子的直径d

上述实验步骤的合理顺序是           .

答案  DFECBAG

【例2】在做“用油膜法估测分子大小”的实验中,所用酒精油酸的浓度约为每10⁴ mL溶液中有纯油酸6 mL.用注射器测得1 mL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,坐标中正方形方格的边长为1 cm,估测油酸分子的直径.(保留一位有效数字)

答案  7×10^-10 m

【例3】油酸分子式是C₁₇H₃₃COOH,其中     对水有很强的亲和力,故当它滴入水中时,油酸分子能

      在水中,形成一个         油膜.

答案  —COOH  直立  单分子层

【例4】利用油膜法可以粗略测出阿伏加德罗常数,把密度=0.8×10³ kg/m³的某种油,用滴管滴出一滴油在水面上形成油膜,已知这滴油的体积为V=0.5×10^-3 cm³,形成的油膜面积为S=0.7 m²,油的摩尔质量M₀=0.09 kg/mol.若把油膜看成是单分子层,每个油分子看成球形,那么:

(1)油分子的直径是多少?

(2)由以上数据可精确测出阿伏加德罗常数N_A是多少?(先列出文字计算式,再代入数据计算,只要求保留一位有效数字.)

答案  (1)7.1×10^-10 m  (2)6×10²³ mol^-1

1.某学生在用油膜法估测分子直径实验中,计算结果明显偏大,可能是由于                 (   )

A.油酸未完全散开

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.求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数多计了10滴

答案  AC

2.用油膜法粗测分子直径实验的科学依据是                                           (   )

A.将油膜看成单分子油膜

B.不考虑各油酸分子间的间隙

C.考虑了各油酸分子间的间隙

D.将油膜分子看成球形

答案  ABD

3.在用油膜法测量分子的大小的实验中,下列说法正确的是                             (   )

A.油酸可以用汽油代替,因为汽油也不溶入水而能溶入酒精

B.可以直接用量筒量取一定的油酸酒精溶液倒在水盘中

C.可以用汽油代替酒精,因为油酸能溶入汽油

D.不溶入水的各种油不一定能在较短时间内在水面上形成单分子油膜

答案  D

4.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的量筒、盛有适量清水的45×50 cm²浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、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%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水面上,用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液,从低处向水面中央一滴一滴地滴入,直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止,记下滴入的滴数n.

C.                                                                                 .

D.将画有油膜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,算出油酸薄膜的面积S

(2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的直径大小       cm.

答案  (1) 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  (2)

5.体积为1.2×10^-3 cm³的油滴在静止的水面上扩散为4 m²的单分子油膜,假设分子间是紧密排列的,则可估算出这种油分子的直径为            ,1 mol这种油的体积为           ,油分子的质量为            .(油的密度为0.8×   10³ kg/m³)

答案  3×10^-10 m  8.5×10^-6 m³  1.1×10^-26 kg

6.在用油膜法估测分子的大小实验中,已知一滴溶液中油酸的体积为V,配制的油酸溶液中,纯油酸与溶液体积之比为1∶500,1 mL溶液油酸是250滴,那么一滴溶液的体积是       mL,所以一滴溶液中纯油酸体积为       cm³.若实验中测得结果如下表所示,请根据所给数据填写出空白处的数值,并与公认的油酸分子长度值L₀=1.12×10^-10 m做比较,判断此实验是否符合数量级的要求.

答案    8×10^-6  1.50×10^-8 cm  1.62×10^-8 cm  1.42×10^-8 cm  1.51×10^-10 m