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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:2H2e=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。镀锌铁为什么不易生锈呢?提示
2、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(m1m2),则锌镀层的总体积为V,式中为锌的密度,一般为7.14 gcm3。若已知锌镀层单侧面积为S(可测),锌镀层单侧厚度为h,则V2hS。由以上两式可得2hS,所以h。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
3、硫酸。反应时用玻璃棒小心翻动镀锌铁皮,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
4、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(m1m2)。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Zn2NaOH2H2O=Na2Zn(OH)4H2,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)特别提示方案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
5、),再推算求出m(Zn)。点拨二、实验测定的注意事项1.测定步骤 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
6、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
7、C的含量为a。2.实验记录与结论(1)配制维生素C标准溶液:将5片100 mg的维生素C药片投入盛有50 mL蒸馏水的烧杯中,用玻璃棒搅拌加速溶解,再转移到250 mL容量瓶中,稀释至刻度线。(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(1)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(2)中所配溶液20 mL于锥形瓶中,加入1 mL 0.1 molL1盐酸,再加12
8、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。(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
9、反应的标志是_。(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铁皮长度/cm宽度/cm镀锌铁皮质量/g铁皮质量/g锌镀层厚度(单侧)/cm锌镀层平均厚度(单侧)/cmA5.004.904.4604.3134.201104B5.105.004.4214.2674.229104C5.205.004.6404.4674.660104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Zn2OH2H2O=Zn(OH)42H2。某同学按下图装置设计了测定镀锌铁皮
10、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
11、,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
12、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)(V2V1) mL,n(Zn)n(H2)(V2V1)/(1 000Vm) mol,m(Zn)65 gmol1n(Zn),锌的密度是7.14 gcm3,V(Zn),由于铁片表面有上、下两层,所以每一层的厚度h,代入即得答案。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,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
13、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)h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、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,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_