Question

3．因研究石墨烯而获得2010年诺贝尔物理学奖之后，安德烈•海姆进而研究氧化石墨烯薄膜并获得新进展．为探究氧化石墨烯薄膜的物理特性，他进行了这样一组实验，如图所示：

①将氧化石墨烯薄膜覆盖在有刻度的空烧杯口上，如图①测得总质量m₁；
②将薄膜揭开，向烧杯内倒入酒精与水的混合物，盖紧薄膜，如图②测得其总质量m₂；
③一个月后，检查发现薄膜覆盖紧密完好，烧杯内液体体积明显减小，如图③测得此时总质量m₃；
④以后，烧杯内液体体积保持不变．已知ρ_酒精=0.8×10³kg/m³，问：
（1）一个月后，烧杯内剩余的液体密度是多少？是何种物质？
（2）实验说明氧化石墨烯薄膜具有怎样的物理特性？（写出两点即可）
（3）混合前原有水的体积是多少？小明和小张分别用不同的方法求解，哪个正确？为什么？
说明：图②中液体体积为V₂．图③中液体体积为V₃
小明的方法：m_水=m₂-m₃=57.4g-31.4g=26g
V_水=$\frac{{m}_{水}}{{ρ}_{水}}$=26g/（1g/cm³）=26cm³=26mL
小张的方法：V_水=V₂-V₃=38mL-14mL=24mL．

Answer 1

分析 （1）由图知，剩余液体的体积和质量，利用公式ρ=$\frac{m}{V}$得到其密度，根据对物质密度的掌握判断液体的种类；
（2）根据密封的液体种类和密封过程中质量的变化情况总结．
（3）从分子间有空隙这一角度分析小明和小张的解法．

解答 解：
（1）由图知，剩余液体的体积为V=14cm³，质量为m=31.4g-20.2g=11.2g，
液体的密度为ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{11.2g}{14c{m}^{3}}$=0.8g/cm³=0.8×10³kg/m³，比较可知，此液体是酒精．
（2）已知密封的是水和酒精的混合物，一个月后，液体体积明显减小，计算结果表明，剩余液体都是酒精，据此可以得到：
①氧化石墨烯薄膜具有较好的透水性，烧杯内部的水全部蒸发；
②氧化石墨烯薄膜具有良好的密封性，水虽然蒸发了，但酒精的质量没有变化．
（3）因为分子间有空隙，所以酒精和水混合后总体积会变少，但总质量不变，因此小明的解法正确．
答：（1）剩余液体的密度是0.8×10³ kg/m³，此液体是酒精．
（2）①有较好的透水性；②有良好的密封性．
（3）小明的解法正确，因为分子间有空隙，所以酒精和水混合后总体积会变少，但总质量不变．

点评 此题考查的是密度知识的应用，通过计算判断物质种类进一步得到新材料的特点，是解决此题的难点．