高中物理實驗技能培訓資料實驗六 單分子油膜估測分子的大小【實驗操作】一、實驗目的估測油酸分子的直徑二、實驗原理與方法1 實驗原理：利用油酸的酒精溶液在平靜的水面上形成單分子油膜，將油酸分子看作球形，測出一定體積油酸溶液在水面上形成的油膜面積，用d=V/S計算出油膜的厚度。這個厚度就近似等于油酸分子的直徑。油酸的分子式為C17H33COOH，它的一個分子可以看成由兩部分組成：一部分是C17H33，另一部分是COOH，其中COOH對水有很強的親和力，當把一滴用酒精稀釋過的油酸滴在水面上時，油酸就在水面上散開，其中的酒精溶于水并很快揮發，在水面上形成近似圓形的一層純油酸薄膜，其中C17H33一部分冒出水面而COOH部分留在水中，油酸分子直立在水面上，形成一個單分子油膜。單分子油膜法粗測分子直徑的原理，類似于取一定量的小米，測出它的體積V，然后把它平攤在桌面上，上下不重疊，一粒緊挨一粒，量出這些米粒占據桌面的面積S，從而計算出米粒的直徑。2. 實驗方法：估測法、累計測量法、間接測量法三、實驗器材淺盤、痱子粉、注射器（或滴管）、量筒、透明坐標板、水彩筆（或鋼筆）、事先配制好的油酸酒精溶液。四、實驗步驟及注意事項實驗步驟（1） 先在淺盤中倒入23cm深的水，將痱子粉或石膏粉均勻撒在水面上。（2）用滴管或注射器將酒精油酸溶液逐滴滴入量筒至1ml，記下滴入的滴數n，算出一滴油酸溶液的體積V0/滴。（3） 用注射器或滴管將油酸酒精溶液滴在水面上一滴，待油酸薄膜形狀穩定后，將透明坐標板放在淺盤上，用水彩筆或鋼筆畫出油膜形狀。（4） 將玻璃放在坐標紙上，算出油膜面積S；或通過數玻璃板上的方格數，算出油膜面積S。（5）根據溶液濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V。（6）用一滴純油酸的體積V和薄膜面積S，即可計算出薄膜的厚度d = V/S。注意事項（1）油酸酒精溶液配制后，不要長時間放置，以免改變濃度，產生誤差。油酸酒精溶液的濃度以接近l為宜。（2）注射器針頭高出水面的高度應在1cm之內,當針頭靠近水面(油酸酒精溶液沒滴下之前)時，會發現針頭下方的痱子粉末層已被排開，這是由于針頭中酒精揮發所致，不影響實驗效果.（3）實驗時針管（或滴管）在接近水面1cm左右滴油酸溶液，并且在液面穩定后，畫下液面形狀。（4）在玻璃上畫輪廓線時，要待測油酸面擴散后又收縮穩定后再畫,這是因為： 水面受油酸酒精溶液液滴擴散沖擊后又要恢復； 酒精揮發引起的液面收縮。（5）要保證1mL溶液的滴數，準確無誤；要控制滴液滴時的速度，確保液滴體積穩定。（6）在計算面積時，如玻璃板上有直徑1cm的方格，數方格數將不滿半格的舍棄，超過半格的記為一格。（7）油酸酒精溶液的液滴要適當多一些。（8）每次實驗時要讓淺盤中的水穩定后再做。（9）痱子粉不宜撒得過厚，重做實驗時，水要從盤的一側邊緣倒出，這樣殘留在盤上的油酸量少，容易清洗干凈。（10）做完實驗后，把水從盤的一側邊緣倒出，并用少量酒精清洗，然后用脫脂棉擦去，最后用水沖洗，以保持盤的清潔。五、實驗數據及分析1油酸體積的計算 如果知道油酸酒精溶液濃度為P，測量出N滴油酸酒精溶液的體積為V，那么1滴油酸酒精溶液中含有的油酸體積為V12數格子的方法 這是估測不規則形狀面積的一種方法：將一玻璃板放在不規則面積的上方，在玻璃板上畫出不規則圖形的輪廓，然后將其放在坐標紙上，數出不規則圖形的輪廓包圍的方格數計算方格數時，不足半個格子的舍去，多于半個格子的算一個，方格邊長的單位越小，這種方法求出的面積越精確。項目油酸酒精溶液濃度1mL溶液的滴數一滴油酸酒精溶液的體積一滴油酸的體積油膜面積分子直徑數值六誤差分析與問題討論1、純油酸體積的計算誤差。包括量取體積時的測量誤差，數滴數時用力大小不同造成的一滴溶液的體積誤差，油酸酒精溶液的濃度發生變化。2、油膜面積的測量誤差主要是：（1）油膜形狀的畫線誤差（2）數格子法本身是一種估算的方法，自然帶來誤差。3、油酸在擴散形成油膜的過程中分子重疊造成的誤差。【實驗考點】1、實驗考試要求：高考要求：B級（學會要求）學業考要求：B級（學會要求）2、典型題目1（2013年上海畢業會考）在“用單分子油膜估測分子大小”的實驗中，若一滴油酸酒精溶液中油酸所占的體積為V，在水面上散開形成的油膜面積為S，則油酸分子的直徑d_。如果實驗中油膜沒有完全散開，則得到的油酸分子直徑_（選填“偏大”或“偏小”）。 2（2011年上海高考）在“用單分子油膜估測分子大小”實驗中，(1)某同學操作步驟如下：取一定量的無水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液；在量筒中滴入一滴該溶液，測出它的體積；在蒸發皿內盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散開穩定；在蒸發皿上覆蓋透明玻璃，描出油膜形狀，用透明方格紙測量油膜的面積。改正其中的錯誤： (2)若油酸酒精溶液體積濃度為，一滴溶液的體積為，其形成的油膜面積為，則估測出油酸分子的直徑為 m。3（2008年上海高考）體積為V的油滴，滴在平靜的水面上，擴展成面積為S的，則該油滴的直徑約為 ；已知阿伏伽德羅常數為NA，油的摩爾質量為M，則一個油的質量為 。4（2011年全國卷理綜）在“油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，有下列實驗步驟： 往邊長約為40 cm的淺盤里倒入約2 cm深的水待水面穩定后將適量的痱子粉均勻地撒在水面上。 用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形狀穩定。 將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上，計算出油膜的面積，根據油酸的體積和面積計算出油酸分子直徑的大小。 用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內每增加一定體積時的滴數，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積。 將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上。 完成下列填空： 上述步驟中，正確的順序是_。（填寫步驟前面的數字） 將1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；測得l cm3 的油酸酒精溶液有50滴。現取一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測得所形成的油膜的面積是0.13 m2。由此估算出油酸分子的直徑為_m。（結果保留l位有效數字）5（2011年江蘇卷）某同學在進行“用油膜法估測分子的大小”的實驗前，查閱數據手冊得知：油酸的摩爾質量M=0.283kgmol-1，密度=0.895103kgm-3.若100滴油酸的體積為1ml，則1滴油酸所能形成的單分子油膜的面積約是多少？(取NA=6.021023mol-1.球的體積V與直徑D的關系為V=，結果保留一位有效數字)主要從實驗思想方法、實驗操作步驟與數據處理和實驗注意事項三個方面進行考查。八實驗教學1、提高實驗教學效率的經驗（典型問題、如何做）（1）油膜邊界不平滑，出現較大的裂痕。原因分析：痱子粉撒得不均勻，厚度太大，使油膜散開時在不同方向受到的阻力不同，滴溶液時注射器距水面過高；對策：均勻灑下痱子粉，厚度以白點和水色的暗點數量大致相當為準，高度控制在1cm左右。（2）油膜擴散到了容器邊緣導致分子重疊。原因分析：油酸溶液濃度過大；對策：配置溶液時保持濃度要接近1：1000。（3）同樣一毫升溶液，數滴數時為什么每次實驗會有較大的不同。原因分析：溶液滴的快慢會導致每一滴溶液的體積有不小的差別；對策：注意用力的均勻，保持與實際實驗時滴一滴所用時間的一致或者直接拔掉活塞讓水滴自然滴下。（4）做實驗時同學來來回回擠擠攘攘取水倒水，相互影響。原因分析：本實驗需要用到大量的水；對策：把實驗放到化學實驗室進行。（5）可能會