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【金版新学案】2013-2014学年高中物理同步配套辅导与检测（粤教版，选修3-3）：第一章 第二节 测量分子的大小（52张ppt）

上传时间: 2014-08-17

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 第二节　 测量分子的大小

分子动理论
1．理解用油膜法测量分子的原理．
2．会利用宏观测定微观量的数量级的方法．
对于物质分子大小的测量，利用现代技术，像离子显微镜或扫描隧道显微镜已经能观察到物质表面的分子，但是这毕竟离中学物理尚远. “用油膜法估测分子的大小”实验设计思想十分巧妙，它用宏观量的测量来估测微观量的数值，有利于科学思维方法的培养；有利于深化对微观世界的认识；有利于提高实验技能、技巧.
你能“用油膜法估测分子的大小”吗？大胆猜想，提出各种假设、理清实验的设计思想，把握住关键步骤进行实验探究，收集实验数据，得出实验结论．
【实验器材】
①1:200油酸酒精溶液， ②20 mL注射器(或滴管)，③塑料水槽(30 cm×40 cm)，④10 mL量筒，⑤30 cm×40 cm 玻璃板，⑥坐标纸，⑦彩笔，⑧痱子粉．
【实验原理】
油酸分子式为C17H33COOH，是一种结构较为复杂的高分子．由两部分组成，一部分是 C17H33—是不饱和烃具有憎水性．另一部分是—COOH对水有很强的亲和力．被酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸溶液会在水面上很快散开，其中酒精先溶于水，并很快挥发，最后在水面上形成一块纯油酸薄膜．
a
b
其中C17H33—部分冒出水面，另一部分—COOH则浸在水中，油酸分子直立在水面上．形成一个单分子层油膜(如图a)．如果那滴油酸_______可以算出．再测得单分子油膜的______．即可估算出油酸分子的直径(大小)d＝____.（如图b.
【实验过程】
1．用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液(1:200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1 mL)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油酸酒精溶液中纯油酸的________．
体积V
V/S
体积
体积V
面积S
2．往边长约为30～40 cm的浅盘里倒入约2 cm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，形成如上图所示的形状，待油酸薄膜的形状稳定后，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1 cm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d＝    ，即油酸分子的大小．
【实验记录】
理解用油膜法测量分子的原理
将油酸滴在水面上，让油酸尽可能散开，可认为油酸在水面上形成单分子油膜层，如果把分子看作球形，单分子油膜层的厚度就可以看作油酸分子的直径，事先测出油酸滴的体积V和油膜的面积S，就可以算出分子的直径： d＝    .
               在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，某同学的实验步骤如下：
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．将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，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．
D．用公式d＝   求出薄膜厚度，即油酸分子的直径．
E．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V.
上述实验步骤中有遗漏或步骤不完全的，请你指出来：
(1)___________________________________________；
(2)___________________________________________．
请你为他将合理的步骤排列出来：________.
解析：(1)C步骤中，要将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上．
(2)实验时，还需要F.用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下溶液的滴数n与量筒中增加的溶液体积V0.
合理步骤：CFBAED
1．一滴油在水面上形成的油膜最大面积是1.25 m2，若油滴原来的体积是1.0 mm3，密度为0.86×103 kg/m3，此种油的摩尔质量为131.3 g/mol，试估算阿伏加德罗常数(取两位有效数字). 
≈
实验操作的注意事项
1．油酸溶液配制不要长时间放置，以免改变浓度产生实验误差．
2．实验前应检查方盘是否干净，如果有油渍则导致实验无法完成．
3．方盘中的水应保持稳定状态，最好静置一段时间， 痱子粉均匀撒在水面上．从盘的中央加痱子粉，使粉自动扩散至均匀．
4．向水面滴油酸酒精溶液时，针尖应竖直、靠近水面，如果离水面太高，可能无法形成油膜，最好在1 cm左右．滴油酸酒精溶液时要注意控制好，只滴1滴．
5．计算油膜面积时，以坐标纸上方格的数目来计算(边长1 cm) .不足半个的舍去，多于半个的算1个．实验只要求估算分子大小，实验结果数量级符合要求即可．
6．当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧面残留的油酸，可用少量的酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁．
              (双选）某学生在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，计算结果偏大，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的溶液的滴数多记了10滴
解析：油酸分子直径d＝    .计算结果明显偏大，可能是V取大了或S取小了，油酸未完全散开，所测S偏小，d偏大，A正确；油酸中含有大量的酒精，不影响结果，B错；若计算油膜面积时舍去了所在不足一格的方格，使S偏小，d变大，C正确；若求每滴体积时，1 mL的溶液的滴数多记了10滴，使V变小，D不正确．
答案：AC
2．下列说法不是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．不考虑各油分子间的间隙
C．考虑了各油分子间的间隙
D．将油膜分子看成球形
解析：该实验的原理就是将油分子视为球形，且认为是一个一个紧挨着单层分布，即不考虑分子间的间隙．即C不正确．
答案：C
实验误差分析
1．纯油酸体积的计算误差．
2．油膜面积的测量误差主要是：
(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，自然带来误差．
                为了减小“用油膜法估测分子的大小”的误差，下列方法可行的是(　　)
A．用注射器向量筒里滴100滴油酸酒精溶液，并读出量筒里这些溶液的体积V1，则每滴油酸酒精溶液的体积V2＝
B．把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小一些
C．先在浅盘水中撒些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液滴4滴在水面上
D．用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成矩形
解析：测一滴油酸酒精溶液的体积时，滴数是准确的，误差主要是出在从量筒中读出n滴溶液的体积，如果不是整体积数，那么估读的体积误差就大了，应数出量筒里每增加一个整体积数(量筒的最小分度)所滴入的滴数．故A错，对B项的分析是正确的．多滴几滴确实对测量形成油膜的油酸体积会更精确些，但多滴以后会使油膜面积增大，可能使油膜这个不规则形状的一部分与浅盘的壁相接触，这样油膜就不是单分子油膜了．(做实验的浅盘的面积都不大)
答案：B
3．在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为n，又用滴管测得每N滴这种油酸酒精溶液的总体积为V，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上(如下图)测得油膜占有的小正方形个数为m.
(1)用以上字母表示油酸分子的大小d＝__________.
(2)从上图中数得油膜占有的小正方形个数为m＝________.
1．利用油膜法估测分子的直径，需要测量的物理量是(　　)
A．一滴油的质量和它的密度
B．一滴油的体积和它的密度
C．一滴油的体积和它散开成油膜的最大面积
D．所形成油膜的厚度和它的密度
2．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，体积为V的油滴在水面上形成近似圆形的单分子油膜，油膜直径为D，则测得油分子的直径大约为(　　)
3．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，测出油酸分子的直径后，若还要测定阿伏加德罗常数，只需要再知道(　　)
A．油滴的质量                    B．油滴的体积
C．油酸的摩尔质量            D．油酸的摩尔体积
4．利用油膜法测出了分子直径D后，若滴在液面上一滴油酸的体积为V，水面上形成的油膜面积为S，这滴油酸中的油酸分子数为N，阿伏加德罗常数为NA，则下述表达式近似正确的是(　　)
5．一油轮装载着密度为900 kg/m3的原油在海上航行，由于某种事故而使原油发生部分泄露，设共泄露9 t，则这次事故造成的最大可能的污染面积约为(　　)
A．1011 m2                      B．1012 m2
C．108 m2                       D．1010 m2
6．在做“用油膜法估测分子直径的大小”的实验中，备有以下器材：用酒精稀释过的油酸、滴管、痱子粉、浅盘及水、玻璃板、彩笔，还缺少的器材有__________________．
量筒、坐标纸
7．将1 cm3的油酸溶于酒精，制成200 cm3的油酸酒精溶液，已知1 cm3溶液有50滴，现取1滴油酸酒精溶液滴在水上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一层单分子薄层，测出这一薄层面积为0.2 m2，由此可估算出油酸分子的直径约为________m.
8．体积为1.2×10－3 cm3的油滴在静止的水面上扩展为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)
9．“用油膜法估测分子的大小”的实验利用油酸在水面上形成一单分子层的油膜，估测分子大小．实验步骤如下：
①将5 mL的油酸倒入盛有酒精的玻璃量杯中，盖上盖并摇动，使油酸均匀溶解形成油酸酒精溶液，读出该溶液的体积为N mL.
②用滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入空量杯中，记下当杯中溶液到达1 mL时的总滴数n.
③在边长约40 cm的浅盘里倒入自来水，深约2 cm，将少许石膏粉均匀地轻轻撒在水面上．
④用滴管往盘中水面上滴一滴油酸酒精溶液．由于酒精溶于水而油酸不溶于水，于是该滴中的油酸就在水面上散开，形成油酸薄膜．
⑤将平板玻璃放在浅方盘上，待油酸薄膜形成稳定后可认为已形成单分子层油酸膜．用彩笔将该单分子层油酸膜的轮廓画在玻璃板上．
⑥取下玻璃板放在方格子上，量出该单分子层油酸膜的面积S cm2.
在估算油酸分子大小时，可将分子看成球形．用以上实验步骤中的数据和符号表示，油酸分子的半径r＝____________________.
10．用油膜法可粗略测出阿伏加德罗常数，把密度ρ＝0.8×103 kg/m3的某种油，用滴管滴一滴油在水面上形成油膜，已知这滴油的体积V＝0.5×10－3 cm3，形成的油膜的面积S＝0.7 m2，油的摩尔质量M1＝0.09 kg/mol.若把油膜看成单分子层，每个油分子看成球形，那么：
(1)油分子的直径为多大？
(2)由以上数据可测出的阿伏加德罗常数大约为多少？(保留一位有效数字)
≈
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