1、第 1 页 共 5 页 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：Zn2NaOH 2H 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，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，
2、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m1 的镀锌铁皮放入 6 molL1 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 m2。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 ，则 hm1 m2S解析：锌和铁在酸性溶液中
3、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 V2hS，所以 h ，D 选项m1 m22S错误。答案：D11 在测定镀锌铁皮锌镀层厚度的实验过程中，下列操作用托盘天平称量反应前后镀锌铁皮的质量；反应速率突然减小时，立即将在酸液中的铁片取出；未用自来水冲洗掉铁片附着的酸液；将铁片放在酒精灯火焰上烘干。造成实验误差的是( )A BC D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
4、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
5、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：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；对于无法采用上第 2 页 共 5 页 述方法确定其质量的气体(如 H2、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
6、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：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)。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)。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。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
7、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 、Ba 2 都可使 CO 沉淀完全，但使用氯化钡溶液比氯化钙溶液所得的结果23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
8、写三个) ：_；_；_。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 BaCO3第 3 页 共 5 页 106 197m(Na2CO3) n g所以 m(Na2CO3)106n/197 g故 m(Na2CO3)的质量分数为 100%106n197m(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 BaCO3 与 CaCO3 相比较，BaCO3 的质量较大，故选用 BaCl2 与之反应生成碳酸钡沉淀。(二)(1)需要分别测量
9、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：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；反应完成后，装置中的二氧化碳没有全部被碱石灰吸收； 空气中的水蒸气和二氧化碳被碱石灰吸收。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) 100% (2)沿玻璃棒向过滤器中的沉淀上加蒸馏水至淹没沉淀，106n197m静置使其全部滤出，重复 23 次 (3)碳酸钡的相对分子质量比碳酸钙大，在 CO 的23量一定的条件下，加入 BaC
10、l2 生成的沉淀质量多，测定的相对误差较小。 过量的 Ca2 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) 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 反应完成后，装置中的二氧化碳没有全部被碱石灰吸收 空气中的水蒸气和二氧化碳被碱石灰吸收 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21 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，设计两种测定该样品( 已称得其质量为 m g)中氧化铜质量分数的方法，并填写表格中的有关内容。实验方法实验过程中所发生反
11、应的化学方程式实验所用仪器(用编号表示)实验需直接测定的有关物理量(用文字说明)12实验可能用到的主要仪器：托盘天平 启普发生器硬质玻璃管 泥三角 烧杯 坩埚 酒精灯 玻璃棒 漏斗 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22“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 molL1 盐酸，反应时用玻璃棒小心翻动镀
12、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)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)/cm第 4 页 共 5 页 A 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 4.66010
13、4计算镀锌铁皮锌镀层平均厚度(单侧)_cm。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 2OZn(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
14、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 V1mL、V 2 mL(实验条件下的气体摩尔体积为 Vm molL1)。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11 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。21 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
15、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 H2 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。答案：(以下三种方案任填两种即可 )实验方法实验过程中所发生反应的化学方程式实验所用仪器(用编号表示)实验需直接测定的有关物理量(用文字说明)1H2CuO
16、 CuH 2O= = = = = 实验前样品和硬质玻璃管的总质量(或硬质玻璃管的质量 )；实验后 Cu 以及硬质玻璃管的总质量2 H2SO4 CuO=CuSO4H 2O 实验前样品的质量、过滤后剩余固体的质量3 2CuO 2 2CuO= = = = = 实验前坩埚与样品总质量(或坩埚质量)；实验后坩埚与CuO 总质量22 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，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第 5 页 共 5 页 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
17、。(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，取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：长度的测量，质量的测量，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，其内部的气体体积变 大， 压强变小，不利于液体流下。(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，所以第一步就应该是。(6)V (H2)( V2V 1)mL，n(Zn)n(H 2)(V 2V 1)/(1 000Vm)，m(Zn)65 gmol1 n(Zn)，锌的密度是 7.14 gcm3 ，V(Zn)m(Zn)/7.14，由于铁片表面有上、下两层，所以每一层的厚度 dV(Zn)/2S，代入即得。答案：(1)反应速率突然减小(2)取最后一次洗涤液，加 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 镀锌铁片长、宽测量；反应前后铁皮质量称量；终点判断；反应后铁皮洗涤；铁皮未烘干(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)(回答 也可)(6)dV2 V11 000 Vm652S7.14
