1、- 1 -课题二 镀锌铁皮锌镀层厚度的测定【学考报告】知识条目 加试要求电子天平的使用镀锌铁皮锌镀层厚度测定的原理(与酸或碱反应)和操作流程实验数据的处理和测定过程中产生误差的原因分析abc一、知识预备1锌的电化学腐蚀锌的化学性质比铁活泼，如果镀锌铁皮的锌镀层被破坏，将在潮湿空气中发生电化学腐蚀，残留的锌镀层作为原电池的负极，锌先被腐蚀。将镀锌铁皮放到酸中时，发生原电池反应，铁皮表面的锌镀层溶解，电极反应式如下：负极：Zn2e =Zn2正极：2H 2e =H2待锌在酸中完全溶解后，产生氢气的速率显著减慢，可以借此判断锌镀层是否反应完全。思考 1：表面镀锌的铁皮不易生锈，通称铅铁、白铁。镀锌铁为
2、什么不易生锈呢？提示 在铁的表面起到保护层的作用。如果镀层破坏，还可以形成锌铁原电池，铁作正极，利用牺牲阳极的阴极保护法原理，铁受到保护。2镀锌层厚度的测定称量与 6 molL1 盐酸反应前后铁皮的质量(分别为 m1、 m2)，两者之差就是锌镀层的质量(m1 m2)，则锌镀层的总体积为 V ，式中 为锌的密度，一般为 7.14 gcm3 。m1 m2若已知锌镀层单侧面积为 S(可测)，锌镀层单侧厚度为 h，则 V2 hS。由以上两式可得 2 hS，所以 h 。m1 m2 m1 m22 S二、课题方案设计1取三块镀锌铁皮(A、B、C，截自同一块镀锌铁皮)，分别量出它们的长度与宽度。2用电子天平分
3、别称量三块镀锌铁皮(A、B、C)的质量。3将镀锌铁皮 A 放入烧杯中，加入 40 mL 14 稀硫酸。反应时用玻璃棒小心翻动镀锌铁皮，- 2 -使铁皮两边锌镀层都充分反应。到反应速率突然减小时(产生气泡的速率变得极慢)，立即将未反应的铁片取出，用自来水冲洗掉附着的酸液。4将铁片放在石棉网上，用酒精灯小火烘干，冷却后用电子天平称量。5分别用镀锌铁皮 B、C 重复进行实验步骤 3、4。6根据实验所得数据，求出镀锌铁皮的锌镀层厚度。思考 2：为何将铁片小火烘干而不能高温烘干？提示 因铁在高温时易被空气中的氧气氧化。若烘干时温度过高，会有部分铁转化为氧化物而使铁片质量增大，导致实验结果偏小。点拨一、镀
4、锌铁皮锌镀层厚度的测定方案设计1利用电化学腐蚀原理将一定长度、宽度和质量的镀锌铁片放入 6 molL1 的盐酸中形成原电池，锌被反应掉，通过观察产生 H2的速率判断锌完全溶解，洗净、烘干，用电子天平称其质量，则反应前( m1)与反应后( m2)镀锌铁皮的质量差就是锌镀层的质量( m1 m2)。2利用锌与铁的性质不同进行测量锌与铝类似，溶于强碱溶液中 Zn2NaOH2H 2O=Na2Zn(OH)4H 2，而铁不与强碱反应，通过称量反应前后铁皮的质量，求出两者的质量差，该质量差就是锌镀层的质量。利用方案 1 或方案 2 所求锌镀层的质量求锌镀层的厚度：h ( 密度， S表面积)m1 m22 S特别
5、提示 方案 1、方案 2 只是测锌镀层厚度的两种方法，还有几种供师生参考：方案 3：氨水法利用锌溶于氨水而铁不溶于氨水而设计。方案 4：利用锌的化合物的两性求出 m(Fe)，再推算求出 m(Zn)。点拨二、实验测定的注意事项1测定步骤截 取 镀 锌 铁 皮- 3 -称 量 镀 锌 铁 皮 质 量 电 子 天 平 的 使 用与 稀 硫 酸 反 应 除 去 锌 镀 层 原 电 池 原 理 、 反 应 终 点 判 断烘 干 称 量 铁 皮 质 量 电 子 天 平 的 使 用重 复 实 验数 据 记 录 处 理 平 均 值 法2实验注意事项(1)锌在酸中完全溶解后，产生氢气的速率由快迅速转慢，准确判断
6、锌完全反应是本实验最重要的一环。若判断过早则会使锌未完全溶解；若过迟会使铁部分溶解，都会增加实验误差。(2)为精确测量镀锌铁片反应前后的质量，应使用电子天平。因电子天平属精密仪器，要小心使用防止损坏。(3)电子天平要准确读数：由于电子天平精密度高，稍有影响(比如对着它大声说话)都有可能使它的读数发生变化。所以要等在不受外界影响的情况下，天平显示数据稳定下来后再读数。(4)要及时记录数据：数据对定量分析实验是至关重要的。如果前面有任何一处数据忘记记录，都会使后续实验丧失意义。点拨三、水果中维生素 C 含量的测定1基本原理(1)维生素 C：存在：不少蔬菜、水果中含有丰富的维生素 C。结构及性质：维
7、生素 C 又称抗坏血酸，结构简式为 ，具有强还原性：在酸性溶液中，维生素 C 将 I2还原为 I ，利用这一反应，可以测定果汁中维生素 C 的含量。(2)测定原理：用医用维生素 C 片配制一定浓度 a mgL1 的维生素 C 标准溶液。向一定体积的维生素标- 4 -准溶液中滴加稀碘水，用淀粉溶液作指示剂，至加入碘水溶液呈蓝色且半分钟内不褪色为止，记录加入碘水的体积( V1)。在相同体积的果汁中，用淀粉溶液作指示剂，滴加相同浓度的碘水，记录溶液显蓝色且半分钟内不褪色时消耗碘水的体积( V2)。则水果中维生素 C 的含量为 a。V2V12实验记录与结论(1)配制维生素 C 标准溶液：将 5 片 1
8、00 mg 的维生素 C 药片投入盛有 50 mL 蒸馏水的烧杯中，用玻璃棒碾压加速溶解，再转移到 250 mL 容量瓶中，稀释至刻度。(2)准备果汁样品：取 50 mL 橙汁，过滤后备用。(3)维生素 C 片中维生素 C 含量的测定：移取中所配溶液 20 mL 于锥形瓶中，加入 1 mL 0.1 molL1 盐酸，再加 12 mL 淀粉溶液，用 0.010 molL1 碘水溶液滴定，直到溶液显蓝色且半分钟内不褪色。重复操作两次，记录数据。(4)果汁中维生素 C 含量的测定：移取中所配溶液 20 mL 于锥形瓶中，加入 1 mL 0.1 molL1 盐酸，再加 12 mL 淀粉溶液，用 0.0
9、10 molL1 碘水溶液滴定，直到溶液显蓝色且半分钟内不褪色。重复操作两次，记录数据。(5)实验数据处理。典例剖析“白铁皮”指镀锌的铁皮，具有较强的耐腐蚀性，是生产中常用的金属材料之一。镀锌层犹如铁皮的保护层，这层膜的厚度及均匀度也成了判断镀层质量的重要指标。某研究性学习小组为了测定镀锌铁皮的厚度，设计了下面的实验方案：方案一：取三块镀锌铁皮(A、B、C，截自同一块镀锌铁皮)，将镀锌铁皮 A 放入烧杯中，加入 40 mL 6 molL1 盐酸，反应时用玻璃棒小心翻动镀锌铁皮，待锌镀层反应完全时，立即将未反应的铁皮取出，洗涤、小心烘干、称量。将 B、C 重复上面的实验。(1)锌镀层完全反应的标
10、志是_。(2)如何检验铁片已经洗净？_。(3)该小组的实验数据记录及数据处理如下，完成下列表格。(锌的密度为 7.14 g/cm3)数据记录 数据处理镀锌 长度 宽度 镀锌 铁皮 锌镀层厚度 锌镀层平均- 5 -铁皮 /cm /cm 铁皮质量/g质量/g (单侧)/cm 厚度(单侧)/cmA 5.00 4.90 4.460 4.313 4.201104B 5.10 5.00 4.421 4.267 4.229104C 5.20 5.00 4.640 4.467 4.660104本实验中产生误差的地方可能有哪些？(任意列举两种)_、_。方案二：已知锌与强碱溶液反应的离子方程式为 Zn2OH 2H
11、 2O=Zn(OH)42 H 2。某同学按下图装置设计了测定镀锌铁皮镀层厚度的实验方案，将单侧面积为 S cm2、质量为 m g 的镀锌铁皮放入 6 molL1 NaOH 溶液中。回答下列问题。(4)装置中导管 a 的作用是_。(5)检查气密性，将药品和水装入各仪器中，连接好装置后，需进行的操作还有：记录 C的液面位置；待 B 中不再有气体产生并恢复至室温；由 A 向 B 中滴加足量 NaOH 溶液；上下移动 C，使干燥管和 C 中液面相平。上述操作的顺序是_(填序号)。(6)实验前后碱式滴定管中液面读数分别为 V1 mL、 V2 mL(实验条件下的气体摩尔体积为 Vm Lmol1 )。则镀锌
12、铁皮的厚度为_cm。(写出数学表达式)解析 本题考查化学实验的设计、分析与评价。(1)当锌镀层完全反应后就是铁与盐酸反应，前后反应速率不同，产生气泡的速率明显变化。(2)从溶液中取出的铁片必然带有盐酸及其盐，当洗净时也就是不再含有盐酸及其盐，所以检验铁片是否洗净就是检验氯离子，也可检验其酸性。(3)由三组所列锌镀层厚度数据来看，第三组数据与另两组有较大差距，应舍去，前两组数据取平均值得 4.215104 cm；本实验中产生误差的地方可能有：长度和宽度的测量，质量- 6 -的称量，恰好反应的判断，反应后铁皮的洗涤是否干净、烘干是否彻底等。(4)随着分液漏斗内的液体不断流下，其内部压强变小，不利于
13、液体流下，故 a 起到平衡气压，保证 NaOH 溶液能顺利滴下的作用。(5)本实验的关键是测量气体的体积。根据此装置的原理，应两次记录 C 中的读数，取其差值就是所得气体的体积，所以正确的操作顺序应为。(6)V(H2)( V2 V1) mL， n(Zn) n(H2)( V2 V1)/(1 000Vm) mol， m(Zn)65 gmol1 n(Zn)，锌的密度是 7.14 gcm3 ， V(Zn) ，由于铁片表面有上、m（ Zn）7.14 gcm 3下两层，所以每一层的厚度 h ，代入即得答案。V（ Zn）2Scm2答案 (1)产生气泡的速率突然减小(2)取最后一次洗涤液，加入 AgNO3溶液
14、，若无白色沉淀生成，则铁片已洗净(或用玻璃棒蘸取最后一次洗涤液，滴在蓝色石蕊试纸上，若不变红色，则铁片已洗净)(3)4.215104 镀锌铁皮长、宽测量；反应前后铁皮质量称量；终点判断；反应后铁皮洗涤；铁皮烘干程度(任选两个作答即可)(4)使分液漏斗和锥形瓶内气压相同，以便于 NaOH 溶液能顺利滴下(5)(6)hV2 V11 000 Vm652S7.14跟踪训练某同学为探究不同水果中维生素 C 的含量，根据维生素 C 的水溶液能够使高锰酸钾溶液褪色的原理，自己设计了如下实验：用榨汁机分别榨出水果甲和水果乙的汁液 A 和汁液 B；将两种新鲜的汁液分别倒入两个洁净、干燥的小烧杯中；取 2 支洁净
15、、干燥的小试管，分别注入汁液 A 和汁液 B 各 1 毫升；取 2 支滴管，分别吸取较浓的高锰酸钾溶液逐滴地滴入 2 支小试管中，边滴、边振荡、边观察，直至高锰酸钾溶液的颜色不能褪去时为止，记录此时所用高锰酸钾溶液的滴数。请分析作答：(1)不同滴管的一滴试剂的体积是不同的，因此实验步骤_有可能增大实验误差，为了便于准确地比较，应当_。(2)按修正后的实验步骤操作，如果滴入汁液 A 中的高锰酸钾溶液滴数比滴入汁液 B 中的多，- 7 -则水果甲中维生素 C 的含量比水果乙中的_。 (3)修正后的实验方案与课本上的相比，创新之处是_。 (4)写出一种维生素 C 含量较高的水果或蔬菜：_。 解析 (
16、1)本实验是通过滴入高锰酸钾的滴数来确定维生素 C 含量的高低，所以要求每一滴的量要相等，不然就没有可比性了，因此是不准确的，不能选择不同的滴管，有可能会增加实验误差，应该使用同一支滴管来做实验。(2)高锰酸钾溶液的颜色是紫色，维生素 C 可以使高锰酸钾溶液褪色，在试管中加入等量的水果汁，再滴加高锰酸钾溶液，滴入得越少，说明水果汁中含的维生素 C 越低，反之越高。(3)课本上是先向试管中加入等量的高锰酸钾溶液，再加水果汁。改进以后，先加等量的水果汁，再向其中滴高锰酸钾溶液，使操作更简便。(4)维生素 C 含量较高的水果或蔬菜有猕猴桃，其次是橙子、橘子，还有黄瓜、西红柿等。答案 (1) 使用同一(支)滴管吸取高锰酸钾(2)多(3)先加等量的水果汁，再向其中滴高锰酸钾溶液(使操作更简便)(4)猕猴桃(其他合理答案均可)
