2013届高考物理核心要点突破系列课件：第11章第八节《实验：用油膜法估测分子的大小》(人教版选修3

第八节实验：用油膜法估测分子的大小课堂互动讲练随堂达标自测第八节实验：用油膜法估测分子的大小基础知识梳理核心要点突破目标概览学习目标：1.知道本实验的原理及所需要的器材；了解实验注意的事项．2．会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积．3．会计算分子的大小，处理好实验数据．重点难点：1.重点：测量一滴酒精油酸溶液中油酸的体积，形成油膜的面积及计算分子的大小．2．难点：估测分子大小的原理和方法．学法指导：1.理解用油膜法测分子直径的思路，体会间接分析法．2．学会计算不规则形状面积大小的求解方法．一、实验目的1．领会用宏观量的测量求出微观量的大小的物理思想．2．掌握用油膜法估测分子大小的方法．基础知识梳理二、实验原理实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小．油酸的分子式为C17H33COOH，它的一个分子可以看成由两部分组成：一部分是C17H33－，另一部分是－COOH，其中－COOH对水有很强的的亲和力，当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中并很快挥发，在水面上形成近似圆形的一层纯油酸薄膜，如图11－8－1甲所示，图11－8－1其中C17H33—部分冒出水面而－COOH部分留在水中，油酸分子分布在水面上，形成一个单分子层油膜，如图11－8－1乙所示．实验中如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积S，即可估算出油酸分子的大小，直径d＝VS.三、实验器材清水、酒精、油酸、量筒、浅盘(边长约30～40cm)、注射器(或滴管)、玻璃板(或有机玻璃板)、彩笔、痱子粉(或石膏粉)、坐标纸、容量瓶(500mL)．四、实验步骤1．用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以免给实验带来误差．2.配制酒精油酸溶液，取油酸1mL，注入500mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分在酒精中溶解，这样就得到了500mL含1mL纯油酸的酒精油酸溶液．3．用注射器或滴管将酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n.4．根据V0＝Vnn算出每滴酒精油酸溶液的体积V0.5．向浅盘里倒入约2cm深的水，并将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上．6．用注射器或滴管将酒精油酸溶液滴在水面上一滴．7．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板(或有机玻璃板)放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上.8．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S(求面积时以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)．9．根据酒精油酸溶液的配制比例，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝VS算出油酸薄膜的厚度d.10．重复以上实验步骤多测几次油酸薄膜厚度，并求平均值，即为油酸分子的大小．核心要点突破一、注意事项1．酒精油酸溶液配制后，不要长时间放置，以免改变浓度，产生误差．2．注射器针头高出水面的高度应在1cm之内，当针头靠水面很近(油酸未滴下之前)时，会发现针头下方的粉层已被排开，这是由于针头中酒精挥发所致，不影响实验效果．3．动手做实验之前要训练好滴法．4．待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓，扩散后又收缩有两个原因：第一，水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩．5．当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去再用清水冲洗，这样做可保持盘的清洁．6．从盘的中央加痱子粉，使粉自动扩散至均匀．这是由于以下两种因素所致：第一，加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开；第二，粉粒之间的排斥．这样做，比将粉撒在水面上的效果好．7．本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可．二、油酸溶液的配制及相关计算1．配制：用注射器取1.0mL油酸注入量筒中加无水酒精至40mL刻度线，充分搅匀后取其中的1.0mL与4mL无水酒精充分混合，即得体积比为1∶200的油酸酒精溶液．2．计算：若油酸与酒精配制的比例为1∶m，则酒精溶液的浓度为1∶(m＋1)．若滴管向量筒中滴n滴油酸酒精溶液体积为1mL，则每滴溶液中所含纯油酸体积为11＋mnmL.三、误差分析本实验的误差来源有如下几点：1．误把油酸溶液液滴当成纯油酸液滴或计算溶液浓度时出错．2．算面积时方格数数得不准．3．油酸体积过大导致在水面上不能形成单分子油膜．4．痱子粉没能均匀的在水面上散开．课堂互动讲练估测分子大小例1在做“油膜法估测分子的大小”实验中，酒精油酸溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL.用注射器测得1mL上述溶液中有液滴50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，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图11－8－2所示，坐标纸中正方形小方格的边长为20mm.求：图11－8－2(1)油酸膜的面积是多少？(2)每一滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积是多少？(3)根据上述数据，估测出油酸分子的直径是多少？【解析】本题考查油膜法测分子大小实验的原理和数据处理能力．(1)求油酸膜的面积时，先数出“整”方格的个数．对剩余小方格的处理方法是：不足半个的舍去，多于半个的算一个．数一下共有59个小方格．面积S＝nS0＝59×(20×10－3)2m2＝2.4×10－2m2.(2)由于104mL中有纯油酸6mL，则1mL中有纯油酸6104mL＝6×10－4mL.而1mL上述溶液有50滴，故1滴溶液中具有纯油酸为6×10－450mL＝1.2×10－5mL＝1.2×10－11m3.(3)由d＝VS知，油酸分子直径d＝1.2×10－112.4×10－2m＝5.0×10－10m.【答案】(1)2.4×10－2m2(2)1.2×10－11m3(3)5.0×10－10m【思维升华】(1)必须注意单位的统一．(2)计算油膜面积时，必须遵循“数格子法”的原则(不足半个的舍去，大于半个的算一个)．(3)要注意纯油酸体积的计算方法．实验原理的灵活应用例2利用油膜法可以粗略测出阿伏加德罗常数．把密度ρ＝0.8×103kg/m3的某种油，用滴管滴出一滴在水面上形成油膜，已知这滴油的体积为V＝0.5×10－3cm3，形成的油膜面积为S＝0.7m2，油的摩尔质量M＝0.09kg/mol.把油膜看成单分子层，每个油分子看成球形，只需要保留一位有效数字，那么：(1)油分子的直径是多少？(2)由以上数据可粗略测出阿伏加德罗常数NA是多少？(先列出文字计算式，再代入数据计算)【解析】(1)由d＝VS可得：d＝0.5×10－3×10－60.7m≈7×10－10m.(2)每个油分子的体积V0＝16πd3油的摩尔体积Vmol＝Mρ假设油是由油分子紧密排列而成的有：NA＝VmolV0＝6Mπρd3代入数据可得NA＝6×1023mol－1.【思维升华】已知油的摩尔体积V0，若求得一个油分子的体积V1，即可根据NA＝V0V1，求得阿伏加德罗常数．【答案】(1)7×10－10m(2)6×1023mol－1随堂达标自测本部分内容讲解结束点此进入课件目录按ESC键退出全屏播放谢谢使用