2017-2018学年高中化学浙江专版选修6教学案：专题6 课

课题2镀锌铁皮锌镀层厚度的测定

[浙江选考·加试要求]

—————————————————————————————————————1．电子天平的使用。

2．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。

3．实验数据的处理和测定过程中产生误差的原因分析。

1.学会设计用化学方法测定镀锌铁皮锌镀层厚度的多种实

验方案，能根据实验条件比较方案的优劣。

2．学会用化学方法测镀锌铁皮锌镀层厚度。

3．了解测定过程中产生误差的原因，并能对实验中的数据

进行处理。

4．通过实验了解镀锌铁皮锌镀层厚度测定基本思路，学习

用化学定量分析方法解决实际问题，学习科学研究的方法和误

差分析的方法。

———————实验要素先知道

锌的电化学腐蚀

用化学方法测定镀锌铁皮镀层厚度是原电池、电解及电镀知识的迁移和应用。当将镀锌铁皮放到酸中时，能迅速形成原电池，同时产生大量的氢气。其中锌是负极，铁是正极，电极反应如下：

负极：Zn－2e－===Zn2＋；

正极：2H＋＋2e－===H2↑。

当锌完全溶解后，铁与酸反应产生氢气的速率会显著减慢，并以此作为判断锌镀层是否完全反应掉的依据。

———————实验过程详剖析

[器材与原理]

相关器材

烧杯(培养皿)、酒精灯、火柴、三脚架、石棉网、镊子、玻璃棒、尺(精度为0.1 cm)、电子天平(精度为0.001 g)。

相关原理

(1)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。判断锌在酸中完全溶解的实验现象是产生氢气速率显著变慢，其依据是锌反应完原电池作用消失，铁和酸反应减慢。

(2)结合计算公式：h＝m1－m2

2ρS，本实验产生误差的主要原因有：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。措施：提高测量工具的精密度，减小系统误差。重复测量三次，取平均值，减小偶然误差。

(3)测定锌镀层质量的其他方法

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，通常称“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。锌镀层是铁皮的保护膜，这层膜的厚度及均匀度是判断镀层质量的重要指标。

方案1：

[实验与拓展]

实验流程

实验一：镀锌铁皮与盐酸的反应

(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 6 mol·L－1盐酸。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。

实验二：镀锌铁皮与氢氧化钠溶液的反应

(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，加入约40 mL 6 mol·L－1氢氧化钠。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，到反应速率为零(几乎不产生气泡)时，将未反应的铁皮取出，用自来水冲洗掉附着的碱液。

(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，求出镀锌铁皮的镀锌铁皮的锌镀层厚度。

对点集训

1．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：选B过迟判断反应终点导致部分铁溶解，m1－m2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m1－m2偏小而引起结果偏低。

2．实验是化学的最高法庭。以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶液为电解质溶液构成的原电池，人们普遍认为铝是负极。某研究性学习小组为探究该原电池究竟谁是负极，发生怎样的电极反应，进行了如下实验：

如图，剪取约8 cm的镁条及大小相近的铝片，用砂纸去膜，使镁条与铝片分别与量程

为500 μA的教学演示电表的“－”、“＋”端相连接，迅速将两电极插入

盛有1 mol·L－1 NaOH溶液的烧杯中。开始，电表指针向右偏移约500

μA，铝片表面有许多气泡，很快电流逐渐减小至0；随后，指针向左偏

移，且电流逐渐增大至约400 μA，此时，铝片表面气泡有所减少，但镁

条表面只有极少量的气泡产生。

根据以上实验现象，回答下列问题：

(1)开始阶段，原电池的正极是_______(填“Mg”或“Al”)片；铝片表面产生的气泡是

__________；负极发生的反应是______________________________________。

(2)随后阶段，铝片发生的电极反应式是______________________________；镁条表面只有极少量的气泡产生，其原因是：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(极少)，试判断此电极发生的主要反应是_________________________；铝片表面气泡有所减少，但未消失，产生这一现象的可能原因是________________________________________________________。

解析：以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶液为电解质溶液构成的原电池，开始铝片表面有许多气泡，故此时铝片为原电池的正极，电流逐渐减小至0；随后，指针向左偏移，且电流逐渐增大，铝片表面气泡有所减少，但镁条表面只有极少量的气泡产生。此时铝片为原电池的负极，电极反应式是Al＋4OH－－3e－===AlO－2＋2H2O ，O2＋2H2O＋4e－===4OH－；铝片表面气泡有所减少，但未消失，产生这一现象的可能原因是铝片中含有杂质构成原电池。

答案：(1)Al H2Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2

(2)Al＋4OH－－3e－===AlO－2＋2H2O

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

铝片中含有杂质构成原电池

3．“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)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·cm－3)

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