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用油膜法估测分子大小的实验研究


用油膜法估测分子大小的实验研究 矫洪楠 1224410029 10 级三班

一、预习并思考问题 (1)是否一定要配溶液?为什么要配溶液? 答:是不一定的。之所以配溶液,是因为一滴纯油酸分子的分子数量就已经非常大,要想准 确地测量油酸分子的长度最好是将油酸分子布开来只有一层, 这样就要求容器的面积得有排 球场这么大,而我们的实验室不具备这样的条件,因此,需要配

溶液。 (2)配制的溶液浓度是否是一定的?哪一步最关键? 答:是不一定的,但是配制的溶液浓度受到容器面积的限制。容器越大,配制的溶液浓度可 以稍高;容器越小,配制的溶液浓度就需降低。 实验中最关键的步骤是取的油酸分子的量要取得精准。这一步骤对实验误差的影响最大。 (3)什么方法可以减小误差? 要确保油酸的取量正确。取油酸、乙醇以及溶液时要分别使用专门的针管,不能混用,如混 用容易造成实验误差。 (4)实验中为什么使用爽身粉? 该实验中我们观察实验现象的时候用到了反衬法。 由于水和溶液是无色的, 当滴上油酸溶液 后,我们分辨不出来,这个时候就要利用另一种物质反衬出来使得观察者更容易观察,所以 我们在实验中使用爽身粉。 二、实验目的 1、通过实验估测一个油膜分子的大小,使学生对分子大小的量级有一个比较具体的初步认 识 2、研究如何指导中学生做好分组实验 3、研究做好该实验教学的关键 4、习得一些物理学的研究方法 三、实验器材 浅盘、有机玻璃板(略大于浅盘) 、油酸、无水乙醇、注射器、量杯、爽身粉 四、实验原理 实验中用的油酸是一种有机酸,分子式为 C17 H 33COOH ,它的一个分子可设想有两部分组 成: 一部分是 C17 H 33 ,它不受水的吸引; 另一部分 COOH, 与水有很强的亲合力而被水吸引。 当把一滴经乙醇稀释的油酸滴在水面上时, 油酸就在水面上迅速散开形成一个近似圆形的油 膜,此时 C17 H 33 由于不受水的吸引而冒出水面,而 COOH 部分却在水中,溶液中的酒精大 部分溶于水中,其余的就挥发掉了,留在水面上的是一层纯油酸薄膜。实验已经发现这层油 膜是一个单分子层,即是一个分子的厚度,油酸分子直立在水面上,因此估测油酸分子的最 大长度只要求出油膜的厚度就可以了。 五、实验步骤 1、计算出一滴稀释油酸溶液的体积 实验中必须使用油酸的酒精稀释溶液。因为一滴纯油酸中,油酸分子数量非常大,由一滴纯 油酸形成的薄膜,一散布开来,就要布满大约一个排球场那样大的水面。如果把同样一滴纯 油酸放在实验室的一个容器内,油酸散不开,薄膜将会有几层甚至几十层分子的厚度。这就

不可能较准确地测量油酸分子的长度。 用 10ml 量杯配制油酸对溶液的比为 1:100(在这里我们要思考配制比例有什么因素决定) 的稀释溶液,稀释剂用无水酒精。注:配制该溶液过程中所使用的各种器具必须保持清洁, 吸取酒精、油酸、溶液的注射器必须分别专用,切勿混用,否则会增大实验误差。 用注射器记数 1ml 稀释溶液的滴数。反复记数三次,然后取其平均值作为 1ml 溶液的滴数。 根据所配制的稀溶液中油酸与溶液之比、1ml 溶液的滴数。计算出每一滴稀释油酸溶液所含 纯油酸的体积 V( cm ) 。 2、在清洁的浅盘中倒入清水,水深 1——2cm。待水面平静之后,在水面上撒上一层薄而均 匀的爽身粉。注意不要触动圆盘和盘中水 3、用注射器在浅盘中央水面上方约 1cm 处,滴一滴稀释的油酸溶液。稍待片刻之后,将有 机玻璃板 轻轻地盖到浅盘上,注意不要振动水面。用水彩笔迅速在有机玻璃上描绘出油酸 薄膜的轮廓图,如图 1 所示。 注意:描绘轮廓图时,眼睛视线要始终与有机玻璃垂直,而且浅盘水面尽量离玻璃板近,以 避免视深度给实验带来的误差。 4、把坐标纸用胶纸粘贴在有机玻璃板上,把有机玻璃板向着窗子,用铅笔在坐标纸上描绘 出油酸薄膜的轮廓图。 5、求出油酸薄膜面积 S,以 cm 为单位计算坐标纸上轮廓图内正方形格数(不完整的格子 可用互补的方法计算) 。 6、由每一滴溶液中油酸的体积( cm ) ,以及其薄膜面积 S( cm ) ,计算出油酸分子的大 小 L(cm) 。把测得的油酸分子长度值与公认值 L ? 1.12 ×10 cm 作比较。 六、实验注意事项 1、在配制溶液时,由于油酸的密度大于酒精的密度,油酸主要聚集在底部,导致量筒内上 下部分溶液浓度不均匀,对计数 1ml 稀释溶液滴数容易造成影响,所以我们应该对溶液进 行搅拌。由于没有搅拌棒,我们可以使用针管从抽取溶液,然后快读释放回量筒内,反复进 行几次。 2、在用注射器记数时,会遇到一些问题。如,针管内的溶液可能滴太快。这时候,我们可 以倾斜着查看,但是由于是倾斜着查看,我们记的数就是倾斜着读出来的滴数,在后面的所 有的实验过程,我们必须要保持相同的倾斜角度,并且由于针尖有磨斜,我们还要保证磨斜 的角度,这样子的操作具有一定难度。因此,我们可以选择竖直着查看,同时,用手把着针 管,这样能减缓溶液下滴速度。 3、向水面撒粉及滴液时,实验前需反复练习,掌握要领。撒粉既要薄又要均匀;滴液必须 做到只滴一滴,滴液高度距水面 1cm 左右。在撒粉时,我们使用的方法是用手指甲盖连续 敲击浅盘外壁。 4、向水面滴液滴前,需待液面平静下来再进行。向水面滴液滴时以及描轮廓等,动作一定 要轻、稳。 5、在有机玻璃上描绘油酸轮廓时动作一定要轻而迅速。 6、整个过程包括撒粉,滴液滴,描轮廓都要连贯。 在取液体时,比如取 1ml 溶液,由于针管内部的构造的问题,而且活塞的台有一定的厚度, 若直接用针管取至读数为 1ml,会出现一定误差,所以,在实验过程中,我们采取的是差值
?7 3 2 2 3

法。 七、实验数据的记录及处理 1ml 稀释溶液的滴数: 172 174 174 S=465 cm
3

经计算得 L ? 1.24*10 。

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