实验：用油膜法估测分子的大小

第1节 物体是由大量分子组成的

第1课时 实验：用油膜法估测分子的大小

◆ 学习目标定位

1．理解此实验的原理．

2．会利用油膜法计算分子的直径.

一、实验目的

1．用油膜法估测分子的大小．

2．体会通过测量宏观量来测量微观量的方法．

二、实验原理

1．估测分子的大小通常采用油膜法

取1 mL 的油酸，并精确地测出它的体积，用无水酒精按1∶200的体积

比稀释油酸，使油酸在酒精中充分溶解．用滴管提取1 mL 稀释后的油酸，并测算出滴管中滴出一滴的体积．在盛水盘中装入约 2 cm 深的蒸馏水，为便于观测油膜的面积，可在水面上轻撒上一层痱子粉，在水盘中央滴一滴油酸酒精溶液，于是油酸在水面上迅速散开，到油膜面积不再扩大时，用一块玻璃盖在盘缘上描出油膜的轮廓图，如下图所示，把这块玻璃放在方格纸上，数出油膜所占的格数，

然后计算出油膜的面积．于是油膜的厚度⎝ ⎛⎭

⎪⎫d ＝V S 便可测算出来．

2．油酸在水面上形成单分子层油膜

油酸分子的一端对水有很强的亲和力，被吸引在水中，另一端对水没有亲和

力，便冒出水面．油酸分子都是直立在水中的，单分子油膜的厚度等于油酸分子的长度．若把分子当成小球，油膜的厚度也就等于分子的直径，如图所示，其线度的数量级为10－10 m.

一、实验目的

用油膜法估测分子的大小．

二、实验器材

体积比为1∶200的油酸若干毫升、浅盘1个(30 cm×40 cm)、滴管1支、带方格的透明塑料盖板1块、量筒1个、彩色水笔1支、痱子粉．

三、实验原理

把一滴油酸(事先测出其体积V)滴在水面上，在水面上形成油膜(一般认为此油膜是单分子油膜)，如图所示．把分子看成球形，油膜的厚度就认为是油酸分

子的直径d，测出油膜面积S，则分子直径d＝V S.

(1)油酸分子并不是球形的，但这里把它们当成球形处理，这是一种估算的方法．

(2)油酸分子在水面是单层排列的，即单分子油膜．

(3)忽略油酸分子之间的间隙，油酸分子是紧密排列的．

(4)尽管用不同方法测量分子直径的结果有差异，但除一些高分子有机物外，一般测得的数量级一致，分子直径的数量级为10－10 m.

(5)痱子粉(或细石膏粉)的作用：因为油酸薄膜是透明的，在水面上很难看清其边界，将痱子粉撒在水面上后，再滴1滴油酸酒精溶液，油酸立即在水面散开，形成一块薄油膜，薄油膜上没有痱子粉，边界处有痱子粉，这样就能清楚地看出油膜的边界，便于比较准确地测出薄油膜的面积．

四、实验步骤

1．在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉或细石膏粉均匀撒在水面上．2．取1毫升(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成200毫升的油酸酒精溶液．3．用注射器往量筒中滴入1 mL配制好的油酸酒精溶液(浓度已知)，记下滴入的滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积V.

4．将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上．

5．待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔画出油酸薄膜的形状．

6．将玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S或者玻璃板上有边长为1 cm的方格的个数，通过数方格个数，算出油酸薄膜的面积S.计算方格数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个．

7．根据已配制好的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V.

8．计算油酸薄膜的厚度d＝V

S，即为油酸分子的直径．

五、注意事项

1．油酸酒精溶液配制好后，不要长时间放置，以免浓度改变，产生误差．2．实验之前应练习好滴定方法，注射器针头高出水面的高度应在1 cm之内．3．待测油酸液面扩散后又收缩，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．4．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，并用脱脂棉擦拭，再用清水冲洗，这样做可保持盘的清洁．5．从盘的中央加痱子粉，粉自动扩散至均匀，这样做比将粉撒在水面上的效果好．

6．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．

六、误差分析

1．油酸酒精溶液的实际浓度和理论值间存在偏差．

2．一滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差．

3．油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏差．

4．采用“填补法(即不足半格舍去，多于半格的算一格)”计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差．

在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中：

(1)关于下列实验步骤：

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．

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：

上述步骤中，正确的顺序是(填写步骤前面的数字)．

(2)油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1 mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图所示．若每一小方格的边长为25 mm，试问：

这种估测方法是让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的．图中油酸膜的面积为m2；估测出油酸分子的直径是m(结果保留2位有效数字)．【解析】(1)“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为，将配制好的油酸酒精溶液，通过量筒测出1滴此溶液的体积．然后将1滴此溶液滴在有痱子粉