1、版高中化学专题6物质的定量分析课题二镀锌铁皮锌镀层厚度的测定学案苏教版选修6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。
2、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
3、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，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.
4、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（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
5、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
6、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
7、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。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
8、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。（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
9、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）/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Z
10、n2OH2H2O=Zn（OH）42H2。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）。则镀锌铁皮的厚度为cm。（写出数学表达式）解析本
11、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
12、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）（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
13、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）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）
14、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_。 （4）写出一种维生素C含量较高的水果或蔬菜：_。 解析（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
15、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）（时间：45分钟）1.在实验室进行下列有关物质的制备流程中，理论上正确、操作上可行且经济上合理的是（）A.CCOCO2Na2CO3B.CuCu（NO3）2溶液Cu（O
16、H）2C.CaOCa（OH）2溶液NaOH溶液D.FeFe2O3Fe2（SO4）3溶液解析A项碳在空气中燃烧生成CO2，此设计操作上复杂；B项使用AgNO3不经济；D项Fe燃烧产物是Fe3O4，而不是Fe2O3。答案C2.用滴定法测定Na2CO3（含NaCl杂质）的质量分数，下列操作会引起测定值偏高的是（）A.试样中加入酚酞作指示剂，用标准酸液进行滴定B.滴定管用蒸馏水洗涤后，直接注入标准酸液进行滴定C.锥形瓶用蒸馏水洗涤后，直接加入待测液进行滴定D.滴定管用蒸馏水洗涤后，直接注入待测液，取20.00 mL进行滴定解析A项，酚酞变色的pH是8.210.0，用于滴定碳酸钠时，对测定结果无影响；B
17、项，滴定管用蒸馏水洗涤后未用标准液润洗，则标准液被稀释，V（酸）偏高，测定值偏高；C项，装待测液的锥形瓶不润洗，对测定结果无影响；D项，直接将待测液稀释，测得待测液的浓度偏低。答案B3.在镀锌铁皮的锌镀层厚度的测定过程中，下列操作会导致测定结果偏高的是（）A.过早判断反应终点B.过迟判断反应终点C.锌在酸中溶解后，铁皮未烘干就去称重D.在测定铁皮的面积时测得面积比铁皮的实际面积大解析过迟判断反应终点导致部分铁溶解，（m1m2）偏大而引起结果偏高。过早判断反应终点、铁皮未烘干就去称重则使（m1m2）偏小而引起结果偏低。答案B4.电子天平是定量分析中常用的精密仪器，下列关于电子天平的说法正确的是（
18、）A.电子天平操作方便、读数稳定、准确度高，不同型号的电子天平具有相同的精确度B.电子天平是电子仪器，十分精密，不需要校准和调零C.电子天平具有归零键，因此烧杯不洁净或者潮湿都不影响使用D.天平使用时，要关上附近的窗户，不要撞击使用天平所在的桌面；读数时，侧门应关闭，防止气流影响称量解析电子天平十分精密，不同型号的电子天平具有不同的精确度；使用时需要校准和调零；烧杯不洁净或者潮湿都不能用其称量。答案D5.为检验某病人血液中的含钙量，现取10 mL血液样品稀释后用草酸铵（NH4）2C2O4处理成草酸钙沉淀，将此沉淀溶于过量的稀硫酸中，然后用0.5 molL1 KMnO4溶液滴定至终点（生成Mn2
19、、CO2、H2O），恰好消耗1.6 mL，则该病人血液中含钙量为（）A.2.4 gL1 B.8 gL1C.6 gL1 D.12 gL1解析设10 mL样品中含Ca2的物质的量为n，由题意可得关系式求得n2103 mol，血液中的含钙量为8 gL1。答案B6.下列实验装置设计正确，且能达到目的的是（）解析B中NaOH溶液不应盛放在酸式滴定管中；C中反应应在高压下进行，检验NH3应该使用湿润的pH试纸；D中温度计水银球位置应在蒸馏烧瓶支管口处。答案A7.下列实验操作会引起测定结果偏高的是（）A.测定胆矾结晶水含量的实验中，晶体加热完全失去结晶水后，将盛试样的坩埚在空气中自行冷却B.中和滴定用的锥形
20、瓶加入待测液后，再加少量蒸馏水稀释C.为了测定一种白色固体的质量，将药品放在托盘天平的右盘，砝码放在左盘，并需移动游码使之平衡D.量取待测液的移液管用水洗后，没有用待测液润洗23次解析A选项，加热失去结晶水的CuSO4在空气中冷却时会吸收水分，从而使“失去结晶水后的硫酸铜”质量增大，即“硫酸铜晶体含有的结晶水”减小了，所以，测定出的结晶水含量会偏低；B选项，无影响，因为这不会引起待测液的物质的量的变化；C选项，实际上，“白色固体质量”“游码读数”“砝码读数”，但测定结果是“游码读数”“砝码读数”，所以，测定结果偏高；D选项，待测液被稀释，在中和滴定中测得的是稀释后的浓度，所以，测定结果偏低。答
21、案C8.利用维生素C能使淀粉碘溶液褪色的性质，通过实验（如图所示）比较加入苹果汁和橙汁的多少来确定它们中维生素C含量的多少。要得出正确结论，在实验时需要控制的条件是（）A.实验时必须向两烧杯中同时滴加液体B.淀粉碘溶液的体积和浓度必须相等C.胶头滴管滴出的果汁的滴数必须相等D.胶头滴管滴出的每滴果汁的体积不用相等解析因为要比较加入苹果汁和橙汁的多少来确定它们中维生素C含量的多少，所以不必同时加入，滴数也不必相等，但碘的量要相等，每滴果汁的体积也必须相等才能进行比较。答案B9.用如图所示装置测定水中氢、氧元素的质量比，化学反应方程式为CuOH2CuH2O。其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差
22、和U形管的质量差，实验测得m（H）m（O）18。下列对导致这一结果的原因的分析中，一定错误的是（）A.、装置之间缺少干燥装置B.CuO没有全部被还原C. 装置中玻璃管内有水冷凝D.装置之后缺少干燥装置解析通氢气前后玻璃管的质量差为反应的CuO中O的质量，反应前后U形管的质量差为反应生成的水的质量。、装置之间没有干燥装置，则使中反应带出的水蒸气进入U形管使水的质量增大，则H质量增加，导致m（H）m（O）18。若装置有水冷凝，则使测得的水的质量减小，设冷凝水质量为m，则H质量减小m/9，但装置质量增加m，即测得O质量减小m，由于m（H）m（O）18，若设m（H）n，则m（O）8n，则测得的，因此测
23、得m（H）m（O）18。装置后缺少干燥装置，会导致CaCl2吸收空气中的水蒸气，导致测得水的质量增加，m（H）m（O）18。只有B中CuO没有被完全还原，则对m（H）m（O）的测定没有影响，因此一定错误。答案B10.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，取出铁片用水冲洗，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
24、原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.设锌镀层单侧厚度为h，锌的密度为，则h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V2hS，所以h，D选项错误。答案D11.锌的金属活动性比铁，如果镀锌铁皮的锌镀层被破坏，将在潮湿的空气中发生腐蚀。残留的锌镀层作为原电池的，锌先被腐蚀。将镀锌铁皮放到酸中时，电极反应为：负极：，正极：，待锌在酸中完全溶解后，产生氢气的速率显著，由此判断锌镀层是否反应完全。称量与酸反应前后的铁皮的质量（分别为m1、m2），则（m1m2）就是
25、的质量，设锌的密度为，则锌镀层的总体积为V。若已知锌镀层单侧面积为S，锌镀层单侧厚度为h，则V，故可得2hS，即h。答案活泼电化学负极Zn2e=Zn22H2e=H2变慢锌镀层2hS12.卷心菜中含有丰富的维生素C，维生素C在酸性溶液中能被碘氧化。某实验小组通过如下实验对卷心菜中维生素C的含量进行测定。第一步：配制维生素C标准溶液。将5片100 mg的维生素C药片碾碎、溶解，配成250 mL标准溶液。第二步：制取卷心菜汁。取50 g新鲜的卷心菜，捣烂，加水充分搅拌，用如图所示装置抽滤制得卷心菜汁50 mL。第三步：标准溶液中维生素C含量的测定。移取20.00 mL维生素C标准溶液于锥形瓶中，加入
26、1 mL 0.1 molL1盐酸酸化，加入2滴淀粉试液作指示剂，用0.010 molL1碘水滴定到终点，记录消耗碘水的体积。重复上述操作两次，消耗碘水的平均体积为V1。第四步：卷心菜汁中维生素C含量的测定。移取20 mL卷心菜汁于锥形瓶中，加入1 mL 0.1 molL1盐酸酸化，加入2滴淀粉试液作指示剂，用0.010 molL1碘水滴定到终点，记录消耗碘水的体积。重复上述操作两次，消耗碘水的平均体积为V2。（1）与过滤相比，抽滤的优点是。抽滤所用的滤纸应略（填“大于”或“小于”）布氏漏斗内径，将全部小孔盖住。（2）移取20.00 mL待测液选用的仪器是，滴定终点溶液的颜色呈色。（3）上述滴定
27、过程滴定速度要快，否则将会使测得的维生素C的含量偏低，其可能的原因是_。（4）1 kg卷心菜中所含维生素C相当于片上述维生素药片。（用含V1、V2的代数式表示）答案（1）加快过滤速率小于（2）20 mL移液管或酸式滴定管蓝（3）维生素C被空气中的氧气氧化（4）13.白铁即镀锌铁皮，某学习小组的三位同学为了测定锌镀层的厚度，提出了各自的设计方案。.甲同学的方案是，先用盐酸将镀锌铁皮表面的锌反应掉，通过差量算出锌的质量，然后再由查得的锌的密度算出锌层的体积，最后由体积除以镀锌铁皮面积得锌层厚度。（1）配制1 molL1的盐酸100 mL，需取用36.5%（1.181 gcm3）的盐酸mL；配制过程中要用到的玻璃仪器除量筒、烧杯、玻璃棒外，还有_。（2）将相同大小、相同厚度的普通锌片和镀锌铁皮放入两支试管，各加入等量1 molL1的盐酸，观察到镀锌铁皮比普通锌片与盐酸反应速率更快，产生此现象的原因是；在翻动横放在烧杯中的镀锌铁皮时，发现溶液上方的锌层变薄的速率比下方的锌层快得多，其原因可能是_
