单分子油膜法估测分子直径

高中物理实验技能培训资料

实验六 单分子油膜估测分子的大小

【实验操作】

一、实验目的

估测油酸分子的直径

二、实验原理与方法

1． 实验原理：

利用油酸的酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，将油酸分子看作球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用d=V/S计算出油膜的厚度。这个厚度就近似等于油酸分子的直径。

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，其中的酒精溶于水并很快挥发，在水面上形成近似圆形的一层纯油酸薄膜，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，形成一个单分子油膜。

单分子油膜法粗测分子直径的原理，类似于取一定量的小米，测出它的体积V，然后把它平摊在桌面上，上下不重叠，一粒紧挨一粒，量出这些米粒占据桌面的面积S，从而计算出米粒的直径。

油酸分子d水

2. 实验方法：估测法、累计测量法、间接测量法

三、实验器材

浅盘、痱子粉、注射器（或滴管）、量筒、透明坐标板、水彩笔（或钢笔）、事先配制好的油酸酒精溶液。

四、实验步骤及注意事项

[实验步骤]

（1） 先在浅盘中倒入2～3cm深的水，将痱子粉或石膏粉均匀撒在水面上。

（2）用滴管或注射器将酒精油酸溶液逐滴滴入量筒至1ml，记下滴入的滴数n，算出一滴油酸溶液的体积V0/滴。

（3） 用注射器或滴管将油酸酒精溶液滴在水面上一滴，待油酸薄膜形状稳定后，将透明坐标板放在浅盘上，用水彩笔或钢笔画出油膜形状。

（4） 将玻璃放在坐标纸上，算出油膜面积S；或通过数玻璃板上的方格数，算出油膜面积S。 （5）根据溶液浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V。

1

高中物理实验技能培训资料

（6）用一滴纯油酸的体积V和薄膜面积S，即可计算出薄膜的厚度d = V/S。

[注意事项]

（1）油酸酒精溶液配制后，不要长时间放置，以免改变浓度，产生误差。油酸酒精溶液的浓度以接近l‰为宜。

（2）注射器针头高出水面的高度应在1cm之内,当针头靠近水面(油酸酒精溶液没滴下之前)时，会发现针头下方的痱子粉末层已被排开，这是由于针头中酒精挥发所致，不影响实验效果.

（3）实验时针管（或滴管）在接近水面1cm左右滴油酸溶液，并且在液面稳定后，画下液面形状。 （4）在玻璃上画轮廓线时，要待测油酸面扩散后又收缩稳定后再画,这是因为： ① 水面受油酸酒精溶液液滴扩散冲击后又要恢复； ② 酒精挥发引起的液面收缩。

（5）要保证1mL溶液的滴数，准确无误；要控制滴液滴时的速度，确保液滴体积稳定。

（6）在计算面积时，如玻璃板上有直径1cm的方格，数方格数将不满半格的舍弃，超过半格的记为一格。

（7）油酸酒精溶液的液滴要适当多一些。 （8）每次实验时要让浅盘中的水稳定后再做。

（9）痱子粉不宜撒得过厚，重做实验时，水要从盘的一侧边缘倒出，这样残留在盘上的油酸量少，容易清洗干净。

（10）做完实验后，把水从盘的一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，然后用脱脂棉擦去，最后用水冲洗，以保持盘的清洁。

五、实验数据及分析

1．油酸体积的计算

如果知道油酸酒精溶液浓度为P，测量出N滴油酸酒精溶液的体积为V，那么1滴油酸酒精溶液中含有的油酸体积为V1． 2．数格子的方法

这是估测不规则形状面积的一种方法：将一玻璃板放在不规则面积的上方，在玻璃板上画出不规则图形的轮廓，然后将其放在坐标纸上，数出不规则图形的轮廓包围的方格数．计算方格数时，不足半个格子的舍去，多于半个格子的算一个，方格边长的单位越小，这种方法求出的面积越精确。 项目 油酸酒精溶液浓度 数值 1mL溶液 的滴数 一滴油酸 酒精溶液的体积 一滴油酸 的体积 油膜面积 分子直径

2

高中物理实验技能培训资料

六．误差分析与问题讨论

1、纯油酸体积的计算误差。

包括量取体积时的测量误差，数滴数时用力大小不同造成的一滴溶液的体积误差，油酸酒精溶液的浓度发生变化。

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。 3、油酸在扩散形成油膜的过程中分子重叠造成的误差。

【实验考点】

1、实验考试要求：

高考要求：B级（学会要求） 学业考要求：B级（学会要求）

2、典型题目

1．（2013年上海毕业会考）在“用单分子油膜估测分子大小”的实验中，若一滴油酸酒精溶液中油酸所占的体积为V，在水面上散开形成的油膜面积为S，则油酸分子的直径d＝________。如果实验中油膜没有完全散开，则得到的油酸分子直径_________（选填“偏大”或“偏小”）。

2．（2011年上海高考）在“用单分子油膜估测分子大小”实验中， (1)某同学操作步骤如下：

①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液； ②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；

③在蒸发皿内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定； ④在蒸发皿上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积。

改正其中的错误： (2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为4.8?10ml，其形成的油膜面积为

?340cm2，则估测出油酸分子的直径为 m。

3．（2008年上海高考）体积为V的油滴，滴在平静的水面上，扩展成面积为S的，则该油滴的直径约为 ；已知阿伏伽德罗常数为NA，油的摩尔质量为M，则一个油的质量为 。 4．（2011年全国卷理综）在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤： ①往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水．待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。 ②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定。

③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。

④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。

3

高中物理实验技能培训资料

⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。 完成下列填空： ⑴上述步骤中，正确的顺序是__________。（填写步骤前面的数字） ⑵将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得l cm3 的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2。由此估算出油酸分子的直径为_________m。（结果保留l位有效数字） 5．（2011年江苏卷）某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前，查阅数据手册得知：油酸的摩尔质量M=0.283kg·mol-1，密度ρ=0.895×103kg·m-3.若100滴油酸的体积为1ml，则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少？(取NA=6.02×1023mol-1.球的体积V与直径D的关系为V=πD，结果保留一位有效数字)

主要从实验思想方法、实验操作步骤与数据处理和实验注意事项三个方面进行考查。

163

八．实验教学

1、提高实验教学效率的经验（典型问题、如何做）

（1）油膜边界不平滑，出现较大的裂痕。

原因分析：痱子粉撒得不均匀，厚度太大，使油膜散开时在不同方向受到的阻力不同，滴溶液时注射器距水面过高；

对策：均匀洒下痱子粉，厚度以白点和水色的暗点数量大致相当为准，高度控制在1cm左右。 （2）油膜扩散到了容器边缘导致分子重叠。 原因分析：油酸溶液浓度过大；

对策：配置溶液时保持浓度要接近1：1000。

（3）同样一毫升溶液，数滴数时为什么每次实验会有较大的不同。 原因分析：溶液滴的快慢会导致每一滴溶液的体积有不小的差别；

对策：注意用力的均匀，保持与实际实验时滴一滴所用时间的一致或者直接拔掉活塞让水滴自然滴下。

（4）做实验时同学来来回回挤挤攘攘取水倒水，相互影响。 原因分析：本实验需要用到大量的水； 对策：把实验放到化学实验室进行。

（5）可能会有很多同学只是知道按步骤来做并不知道为什么要这么做。 原因分析：教师缺少必要的原理和步骤教学； 对策：重视实验原理和实验步骤的详细讲解。

2、实验教学中遇到的问题与困惑

在实验中发现即使油膜碰到容器壁发生了分子重叠，最后计算出的实验结果有时候还是满足分子直

-9-9

径为0.8×10m—2×10m，遇到类似情况怎么给同学一个科学合理的解释？

4