教育最新2017_2018学年高中化学专题六物质的定量分析课题2镀锌铁皮锌镀层厚度的测定学案苏教版选修6

课题2 镀锌铁皮锌镀层厚度的测定一、锌镀层厚度的测定为了减缓露置在空气中的铁的电化学腐蚀，在铁皮表面往往镀上一薄层锌，形成“白铁皮”。

“白铁皮”具有较强的耐腐蚀性，是生产中常用的金属材料之一。

锌镀层犹如铁皮的保护膜，这层膜的厚度及均匀度也就成了判断镀层质量的重要指标。

测定锌镀层质量的实验方案除“知识预备”中所介绍的之外，还有多种方案。

(1)锌能溶于强碱溶液中，反应的化学方程式为：Zn ＋2NaOH ＋2H 2O===Na 2[Zn(OH)4]＋H 2↑而铁不与强碱反应，通过称量反应前后铁皮的质量，该质量差就是锌镀层的质量。

(2)把铁与锌看作是双组分混合物，使它们全部与稀硫酸完全反应，通过测定生成的氢气的体积，计算混合物中锌的质量。

【例1】某同学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 、质量为m 1的镀锌铁皮放入6 mol·L －1 HCl 溶液中，当气泡产生速率显著减小时，用水冲洗，烘干后称量，得到质量为m 2。

下列说法错误的是( )A ．当铁皮产生气泡速率减慢时，立即取出铁皮，不冲洗就用酒精灯加热烘干，铁皮可能继续与残留的酸反应，导致实验结果偏高B ．实验过程中产生气泡的速率先慢，然后逐渐加快，再显著减缓，这是微电池和温度共同影响的结果C ．锌和铁在酸溶液中形成原电池，外电路中电流从铁流向锌D ．设锌镀层厚度为h ，锌的密度为ρ，则h ＝m 1－m 2ρS解析：锌和铁在酸性溶液中形成原电池，锌为负极，铁为正极，故外电路电流从正极(Fe)流向负极(Zn)。

因为镀锌铁皮是双面镀锌，故锌层的总体积V ＝2hS ，所以h ＝m 1－m 22ρS，D 选项错误。

答案：D1－1在测定镀锌铁皮锌镀层厚度的实验过程中，下列操作①用托盘天平称量反应前后镀锌铁皮的质量；②反应速率突然减小时，立即将在酸液中的铁片取出；③未用自来水冲洗掉铁片附着的酸液；④将铁片放在酒精灯火焰上烘干。

造成实验误差的是( )A ．①②③B ．①③④C ．②③④D ．全部二、准确地测定固体或气体的质量、液体或气体的体积以及反应体系温度等物理量 定量实验是在定性实验基础上研究某些量及某些量之间的关系而展开的，因此能力要求和试题难度等将有所提升。

定量实验中需要测定的量(即“待测量”)一般无法直接测定，对它的测量通常根据某化学原理并在限定实验条件下通过测量某种可以直接测量的关系量(即“可测量”)，利用两者间关系计算而得。

因此，根据实验原理确定可测量并准确测定成为定量实验的关键。

从中学化学来看，定量实验要测的量主要是固体或气体的质量、液体或气体的体积以及反应体系温度等。

如何准确地测定这三类物理量呢？对于固体质量、液体体积和反应体系温度，根据实验要求分别采用托盘天平、量筒或滴定管以及温度计测量即可。

由于上述三者的测定较为直接，这里不再阐述。

对于气体质量和气体体积，一般无法直接用天平和量筒来测定，而要通过间接的方法来实现。

如何测定气体的质量或者体积呢？(1)气体质量测定主要有两种方法：一是利用差量法。

即通过测定反应体系反应前后质量的差异，确定气体的质量(反应体系反应前的质量减反应后的质量即为气体质量)；另一种方法是利用所测气体的某些性质(如酸碱性或溶解性)、采用合适的吸收剂(如浓硫酸、碱石灰)和实验装置(如洗气瓶、干燥管)来吸收，通过测量吸收装置吸收前后质量差得到气体的质量。

(2)对于气体体积的确定，一般也有两种方法：①通过上述方法测其质量，再利用密度或气体摩尔体积进行换算；②对于无法采用上述方法确定其质量的气体(如H 2、O 2、CO 等)，通常采用排水量气法测量它们的体积(装置如图)，根据排出的水的体积来确定气体的体积。

值得注意的是，定量实验必须尽可能减小实验误差、提高实验精确度。

实验中如何实现这一要求？通常采用的措施是：①根据实验要求和条件精选精度比较高的计量仪器(如量体积时，尽可能用滴定管或移液管)。

②准确规范读数(如读量筒或移液管中液体体积时，视线应该与管中的凹液面最低处平齐)。

③重视测量实验中的“恒量”操作和重复测量。

在重复测量时，要确保两次测量之间的差异符合实验要求(按分析化学要求，两次测量之间的差异不超过0.5%)，计算时取两次(或多次)测量值之间的平均值。

④注意外界条件的影响(如温度对气体体积的影响；压强对气体体积的影响；在处理时往往要换算为标准状况下的体积)等。

【例2】为了测定氢氧化钠和碳酸钠固体混合物(m g)中碳酸钠的质量分数，甲、乙两位同学分别设计了如下的实验方案：(一)甲同学的方案是：将样品溶解，加过量氯化钡溶液，过滤洗涤，取沉淀烘干，称量得固体n g。

(1)混合物中碳酸钠的质量分数为(用m、n表示)__________。

(2)甲同学洗涤沉淀的操作是_________________________________________。

(3)Ca2＋、Ba2＋都可使CO2－3沉淀完全，但使用氯化钡溶液比氯化钙溶液所得的结果具有更高的精确度，原因是______________________________。

(二)乙同学的方案如图所示：(1)根据乙同学的实验装置图分析，在每次实验中，完成测定过程至少要进行________次称量操作。

(2)他重复了正确操作三次，结果数据出现了较大的偏差，你认为主要原因可能是(只写三个)：①________________________；②________________________；③________________________。

解析：此题考查的是化学实验的基本操作、分离实验的设计、对实验的评价和改进及根据化学方程式的计算等知识要点。

(一)(1)根据Na2CO3～BaCO3106 197m (Na 2CO 3) n g所以m (Na 2CO 3)＝106n /197 g故m (Na 2CO 3)的质量分数为106n 197m×100% (2)洗涤沉淀的操作中绝对不能用玻璃棒搅拌，否则会将湿润的滤纸戳破。

(3)因为测定的数值越小，出现的误差会越大，等物质的量的BaCO 3与CaCO 3相比较，BaCO 3的质量较大，故选用BaCl 2与之反应生成碳酸钡沉淀。

(二)(1)需要分别测量反应前、后盛浓硫酸的洗气瓶的质量；反应前后球形干燥管的质量，所以每一次实验需进行四次称量操作。

(2)可能出现的原因是：①装置中原有的空气中的二氧化碳气体没有排出，也被碱石灰吸收；②反应完成后，装置中的二氧化碳没有全部被碱石灰吸收；③空气中的水蒸气和二氧化碳被碱石灰吸收。

④每次加入硫酸的量不同，若硫酸的量不足不能使所有的碳酸钠都发生反应，产生的二氧化碳的量小于理论值，则可能造成误差。

答案：(一)(1)106n 197m×100% (2)沿玻璃棒向过滤器中的沉淀上加蒸馏水至淹没沉淀，静置使其全部滤出，重复2～3次 (3)①碳酸钡的相对分子质量比碳酸钙大，在CO 2－3的量一定的条件下，加入BaCl 2生成的沉淀质量多，测定的相对误差较小。

②过量的Ca 2＋可与OH －生成微溶于水的Ca(OH)2沉淀而影响测定结果(二)(1)4 (2)①装置中原有的空气中的二氧化碳气体没有排出，也被碱石灰吸收 ②反应完成后，装置中的二氧化碳没有全部被碱石灰吸收 ③空气中的水蒸气和二氧化碳被碱石灰吸收 ④每次加入硫酸的量不同，若硫酸的量不足不能使所有的碳酸钠都发生反应，产生的二氧化碳的量小于理论值，则可能造成误差2－1实验室有CuO 和Cu 粉的混合物。

请你利用给出的实验仪器和试剂，设计两种测定③硬质玻璃管 ④泥三角 ⑤烧杯 ⑥坩埚 ⑦酒精灯 ⑧玻璃棒 ⑨漏斗 ⑩干燥管实验可能用到的试剂：a ．锌粒 b ．稀硫酸 c ．氯化钠溶液 d ．浓硫酸2－2“白铁皮”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 mol·L —1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志是________。

(2)如何检验铁片已经洗净___________________________________________________。

3(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：Zn ＋2OH －＋2H 2O ＝[Zn(OH)4]2－＋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 cm 2、质量为m g 的镀锌铁皮放入6 mol·L －1 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：①记录C 的液面位置；②待B 中不再有气体产生并恢复至室温；③由A 向B 中滴加足量NaOH 溶液；④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V 1mL 、V 2 mL(实验条件下的气体摩尔体积为V m mol·L —1)。

则镀锌铁皮的厚度为________cm 。

(写出数学表达式)答案：【互动课堂】触类旁通1－1 B 解析：用电子天平称量反应前镀锌铁皮的质量和反应后铁皮的质量；用自来水冲洗掉铁片附着的酸液；将铁片放在石棉网上，用酒精灯小火烘干。

2－1 解析：已知CuO 和Cu 粉混合物质量的情况下，要测定CuO 的质量分数，只要设计实验求得其中CuO 或Cu 的质量即可。

处理方法一般有两类：一是分离法。

即利用CuO 可溶于稀酸而Cu 不溶的性质差异，先用稀硫酸将它们分离，然后再称取过滤后剩余的Cu 的质量即可；用到的仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗和托盘天平。

二是转化法，就是利用适当的化学反应将CuO 转化为Cu ，比如在无水以及加热条件下用还原剂H 2将CuO 还原为Cu ，然后称取产物铜的总质量；所用仪器有启普发生器、硬质玻璃管、酒精灯和托盘天平；或者利用适当的试剂将Cu 转化为CuO ，如在空气中直接加热，然后称取所得固体质量即可；所用的仪器为泥三角、坩埚、酒精灯、玻璃棒和托盘天平等。

与盐酸反应，由于锌和铁的活泼性不同，反应速率就不同。

(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。