Question

16．因研究石墨烯而獲得2010年諾貝爾物理學獎之后，安德烈•海姆進而研究氧化石墨烯薄膜并獲得新進展．為探究氧化石墨烯薄膜的物理特性，他進行了這樣一組實驗，如圖所示：
①將氧化石墨烯薄膜覆蓋在有刻度的空燒杯口上，測得總質量m₁；
②將薄膜揭開，向燒杯內倒入酒精與水的混合物，蓋緊薄膜，測得其總質量m₂；
③一個月后，檢查發(fā)現(xiàn)薄膜覆蓋緊密完好，燒杯內液體體積明顯減小，測得此時總質量m₃；
④以后，燒杯內液體體積保持不變．已知ρ_酒精=0.8×10³ kg/m³，

問：（1）一個月后，燒杯內剩余的液體密度是多少？是何種物質？
（2）求混合前原有水的體積．

Answer 1

分析 （1）讀出天平、燒杯的示數(shù)，由密度公式可求密度，根據(jù)密度的值，確定物質；
（2）由質量之差，得出水的質量，利用密度公式變形求出體積．

解答 解：
（1）由圖①②③可知，m₁=20.2g，m₂=50g+5g+2.4g=57.4g，m₃=20g+10g+1.4g=31.4g，
剩余液體質量，m=m₃-m₁=31.4g-20.2g=11.2g；
由圖②、③可知：V₂=38ml，V₃=14ml，
剩余液體的體積：V=V₃=14ml，
ρ_液=$\frac{m}{V}$=$\frac{11.2g}{14c{m}^{3}}$=0.8g/cm³，該液體為酒精；
（2）已知密封的是水和酒精的混合物，一個月后，液體體積明顯減小，計算結果表明，剩余液體都是酒精，據(jù)此可以得到：
①氧化石墨烯薄膜具有較好的透水性，燒杯內部的水全部蒸發(fā)；
②氧化石墨烯薄膜具有良好的密封性，水雖然蒸發(fā)了，但酒精的質量沒有變化．
因為分子間有空隙，所以酒精和水混合后總體積會變少，因此不能用V₂和V₃的差值來計算混合前水的體積；
混合前水的質量：m_水=m₂-m₃=57.4g-31.4g=26g，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，混合前水的體積：
V_水=$\frac{{m}_{水}}{{ρ}_{水}}$=$\frac{26g}{1g/c{m}^{3}}$=26cm³．
答：（1）剩余液體的密度是0.8 g/cm³，該物質為酒精； 
（2）混合前水的體積是26cm³．

點評 本題是一道綜合性極強的實驗題，主要考查了天平、量筒的讀數(shù)，密度的計算，物質的判斷，是一道有難度的試題．