2018年高中化学专题6物质的定量分析课题二镀锌铁皮锌镀层厚度的测定教学案苏教版

课题二 镀锌铁皮锌镀层厚度的测定
【学考报告】
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：Zn －2e －===Zn 2＋
正极：2H ＋＋2e －===H 2↑
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 ①在铁的表面起到保护层的作用。

②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 mol·L －1盐酸反应前后铁皮的质量(分别为m 1、m 2)，两者之差就是锌镀层的质量(m 1－m 2)，则锌镀层的总体积为V ＝m 1－m 2
ρ，式中ρ为锌的密度，一般为7.14 g·cm －3。

若已知锌镀层单侧面积为S (可测)，锌镀层单侧厚度为h ，则V ＝2hS 。

由以上两式可得m 1－m 2
ρ＝2hS ，所以h ＝m 1－m 22ρS。

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 1∶4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．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 mol·L －1的盐酸中形成原电池，锌被反应掉，通过观察产生H 2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(m 1)与反应后(m 2)镀锌铁皮的质量差就是锌镀层的质量(m 1－m 2)。

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，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 ＝m 1－m 22ρS
(ρ—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)，再推算求出m (Zn)。

点拨二、实验测定的注意事项
1．测定步骤 截取镀锌铁皮
↓
称量镀锌铁皮质量—电子天平的使用
↓
与稀硫酸反应除去锌镀层—原电池原理、反应终点判断
↓
烘干称量铁皮质量—电子天平的使用
↓
重复实验
↓
数据记录处理—平均值法
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。

所以要等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：
①存在：不少蔬菜、水果中含有丰富的维生素C。

②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：
①用医用维生素C片配制一定浓度a mg·L－1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(V 1)。

②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(V 2)。

则水果中维生素C 的含量为V 2V 1·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，用玻璃棒碾压加速溶解，再转移到250 mL 容量瓶中，稀释至刻度。

(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 m ol·L －1盐酸，再加1～2 mL 淀粉溶液，用0.010 mol·L －1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 mol·L －1盐酸，再加1～2 mL 淀粉溶液，用0.010 mol·L －1
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 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)
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Zn＋2OH－＋2H2O===[Zn(OH)4]2－＋H2↑。

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 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V1 mL、V2 mL(实验条件下的气体摩尔体积为V m L·mol－1)。

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，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 4.215×10－4 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④①③②④①。

(6)V (H 2)＝(V 2－V 1) mL ，n (Zn)＝n (H 2)＝(V 2－V 1)/(1 000·V m ) mol ，m (Zn)＝65 g·mol －1×n (Zn)，锌的密度是7.14 g·cm －3，V (Zn)＝m （Zn ）7.14 g·cm
－3，由于铁片表面有上、下两层，所以每一层的厚度h ＝
V （Zn ）
2S cm 2，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AgNO 3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)4.215×10－4
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)④①③②④① (6)h ＝V 2－V 11 000 V m ×652S ×7.14
[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：
①用榨汁机分别榨出水果甲和水果乙的汁液A 和汁液B ；
②将两种新鲜的汁液分别倒入两个洁净、干燥的小烧杯中；
③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；
④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__________________
______________________________________________________________。

(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④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)④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)。