（浙江專用）2022年高中化學(xué) 專題6 物質(zhì)的定量分析 課題二 鍍鋅鐵皮鋅鍍層厚度的測定教學(xué)案 蘇教版選修6

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1、（浙江專用）2022年高中化學(xué) 專題6 物質(zhì)的定量分析 課題二 鍍鋅鐵皮鋅鍍層厚度的測定教學(xué)案 蘇教版選修6 　【學(xué)考報告】 知識條目 加試要求 ①電子天平的使用 ②鍍鋅鐵皮鋅鍍層厚度測定的原理(與酸或堿反應(yīng))和操作流程 ③實驗數(shù)據(jù)的處理和測定過程中產(chǎn)生誤差的原因分析 a b c 一、知識預(yù)備 1．鋅的電化學(xué)腐蝕 鋅的化學(xué)性質(zhì)比鐵活潑，如果鍍鋅鐵皮的鋅鍍層被破壞，將在潮濕空氣中發(fā)生電化學(xué)腐蝕，殘留的鋅鍍層作為原電池的負極，鋅先被腐蝕。將鍍鋅鐵皮放到酸中時，發(fā)生原電池反應(yīng)，鐵皮表面的鋅鍍層溶解，電極反應(yīng)式如下： 負極：Zn－2e－===Zn2＋ 正極：2H＋＋2e

2、－===H2↑ 待鋅在酸中完全溶解后，產(chǎn)生氫氣的速率顯著減慢，可以借此判斷鋅鍍層是否反應(yīng)完全。 思考1：表面鍍鋅的鐵皮不易生銹，通稱鉛鐵、白鐵。鍍鋅鐵為什么不易生銹呢？ 提示?、僭阼F的表面起到保護層的作用。②如果鍍層破壞，還可以形成鋅鐵原電池，鐵作正極，利用犧牲陽極的陰極保護法原理，鐵受到保護。 2．鍍鋅層厚度的測定 稱量與6 mol·L－1鹽酸反應(yīng)前后鐵皮的質(zhì)量(分別為m1、m2)，兩者之差就是鋅鍍層的質(zhì)量(m1－m2)，則鋅鍍層的總體積為V＝，式中ρ為鋅的密度，一般為7.14 g·cm－3。 若已知鋅鍍層單側(cè)面積為S(可測)，鋅鍍層單側(cè)厚度為h，則V＝2hS。 由以上兩式可得

3、＝2hS，所以h＝。 二、課題方案設(shè)計 1．取三塊鍍鋅鐵皮(A、B、C，截自同一塊鍍鋅鐵皮)，分別量出它們的長度與寬度。 2．用電子天平分別稱量三塊鍍鋅鐵皮(A、B、C)的質(zhì)量。 3．將鍍鋅鐵皮A放入燒杯中，加入40 mL 1∶4稀硫酸。反應(yīng)時用玻璃棒小心翻動鍍鋅鐵皮，使鐵皮兩邊鋅鍍層都充分反應(yīng)。到反應(yīng)速率突然減小時(產(chǎn)生氣泡的速率變得極慢)，立即將未反應(yīng)的鐵片取出，用自來水沖洗掉附著的酸液。 4．將鐵片放在石棉網(wǎng)上，用酒精燈小火烘干，冷卻后用電子天平稱量。 5．分別用鍍鋅鐵皮B、C重復(fù)進行實驗步驟3、4。 6．根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)，求出鍍鋅鐵皮的鋅鍍層厚度。 思考2：為何將鐵片小

4、火烘干而不能高溫烘干？ 提示　因鐵在高溫時易被空氣中的氧氣氧化。若烘干時溫度過高，會有部分鐵轉(zhuǎn)化為氧化物而使鐵片質(zhì)量增大，導(dǎo)致實驗結(jié)果偏小。 點撥一、鍍鋅鐵皮鋅鍍層厚度的測定方案設(shè)計 1．利用電化學(xué)腐蝕原理 將一定長度、寬度和質(zhì)量的鍍鋅鐵片放入6 mol·L－1的鹽酸中形成原電池，鋅被反應(yīng)掉，通過觀察產(chǎn)生H2的速率判斷鋅完全溶解，洗凈、烘干，用電子天平稱其質(zhì)量，則反應(yīng)前(m1)與反應(yīng)后(m2)鍍鋅鐵皮的質(zhì)量差就是鋅鍍層的質(zhì)量(m1－m2)。 2．利用鋅與鐵的性質(zhì)不同進行測量 鋅與鋁類似，溶于強堿溶液中Zn＋2NaOH＋2H2O===Na2[Zn(OH)4]＋H2↑，而鐵不與強堿

5、反應(yīng)，通過稱量反應(yīng)前后鐵皮的質(zhì)量，求出兩者的質(zhì)量差，該質(zhì)量差就是鋅鍍層的質(zhì)量。 利用方案1或方案2所求鋅鍍層的質(zhì)量求鋅鍍層的厚度： h＝(ρ—密度，S—表面積) 特別提示　方案1、方案2只是測鋅鍍層厚度的兩種方法，還有幾種供師生參考： 方案3：氨水法——利用鋅溶于氨水而鐵不溶于氨水而設(shè)計。 方案4：利用鋅的化合物的兩性 求出m(Fe)，再推算求出m(Zn)。 點撥二、實驗測定的注意事項 1．測定步驟 　↓ — 　↓ — 　↓ — 　↓ 　↓ — 2．實驗注意事項 (1)鋅在酸中完全溶解后，產(chǎn)生氫氣的速率由快迅速轉(zhuǎn)慢，準(zhǔn)確判斷鋅完全反應(yīng)是本實驗最

6、重要的一環(huán)。若判斷過早則會使鋅未完全溶解；若過遲會使鐵部分溶解，都會增加實驗誤差。 (2)為精確測量鍍鋅鐵片反應(yīng)前后的質(zhì)量，應(yīng)使用電子天平。因電子天平屬精密儀器，要小心使用防止損壞。 (3)電子天平要準(zhǔn)確讀數(shù)：由于電子天平精密度高，稍有影響(比如對著它大聲說話)都有可能使它的讀數(shù)發(fā)生變化。所以要等在不受外界影響的情況下，天平顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定下來后再讀數(shù)。 (4)要及時記錄數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)對定量分析實驗是至關(guān)重要的。如果前面有任何一處數(shù)據(jù)忘記記錄，都會使后續(xù)實驗喪失意義。 點撥三、水果中維生素C含量的測定 1．基本原理 (1)維生素C： ①存在：不少蔬菜、水果中含有豐富的維生素C。 ②結(jié)構(gòu)

7、及性質(zhì)：維生素C又稱抗壞血酸，結(jié)構(gòu)簡式為，具有強還原性：在酸性溶液中，維生素C將I2還原為I－，利用這一反應(yīng)，可以測定果汁中維生素C的含量。 (2)測定原理： ①用醫(yī)用維生素C片配制一定濃度a mg·L－1的維生素C標(biāo)準(zhǔn)溶液。向一定體積的維生素標(biāo)準(zhǔn)溶液中滴加稀碘水，用淀粉溶液作指示劑，至加入碘水溶液呈藍色且半分鐘內(nèi)不褪色為止，記錄加入碘水的體積(V1)。 ②在相同體積的果汁中，用淀粉溶液作指示劑，滴加相同濃度的碘水，記錄溶液顯藍色且半分鐘內(nèi)不褪色時消耗碘水的體積(V2)。則水果中維生素C的含量為·a。 2．實驗記錄與結(jié)論 (1)配制維生素C標(biāo)準(zhǔn)溶液：將5片100 mg的維生素C藥片投

8、入盛有50 mL蒸餾水的燒杯中，用玻璃棒碾壓加速溶解，再轉(zhuǎn)移到250 mL容量瓶中，稀釋至刻度。 (2)準(zhǔn)備果汁樣品：取50 mL橙汁，過濾后備用。 (3)維生素C片中維生素C含量的測定：移?、僦兴淙芤?0 mL于錐形瓶中，加入1 mL 0.1 mol·L－1鹽酸，再加1～2 mL淀粉溶液，用0.010 mol·L－1碘水溶液滴定，直到溶液顯藍色且半分鐘內(nèi)不褪色。重復(fù)操作兩次，記錄數(shù)據(jù)。 (4)果汁中維生素C含量的測定：移?、谥兴淙芤?0 mL于錐形瓶中，加入1 mL 0.1 mol·L－1鹽酸，再加1～2 mL淀粉溶液，用0.010 mol·L－1碘水溶液滴定，直到溶液顯藍色且半分

9、鐘內(nèi)不褪色。重復(fù)操作兩次，記錄數(shù)據(jù)。 (5)實驗數(shù)據(jù)處理。 [典例剖析] “白鐵皮”指鍍鋅的鐵皮，具有較強的耐腐蝕性，是生產(chǎn)中常用的金屬材料之一。鍍鋅層猶如鐵皮的保護層，這層膜的厚度及均勻度也成了判斷鍍層質(zhì)量的重要指標(biāo)。某研究性學(xué)習(xí)小組為了測定鍍鋅鐵皮的厚度，設(shè)計了下面的實驗方案： 方案一：取三塊鍍鋅鐵皮(A、B、C，截自同一塊鍍鋅鐵皮)，將鍍鋅鐵皮A放入燒杯中，加入40 mL 6 mol·L－1鹽酸，反應(yīng)時用玻璃棒小心翻動鍍鋅鐵皮，待鋅鍍層反應(yīng)完全時，立即將未反應(yīng)的鐵皮取出，洗滌、小心烘干、稱量。將B、C重復(fù)上面的實驗。 (1)鋅鍍層完全反應(yīng)的標(biāo)志是________________

10、___________________ ____________________________________________________________。 (2)如何檢驗鐵片已經(jīng)洗凈？_____________________________________ __________________________________________________________。 (3)該小組的實驗數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理如下，完成下列表格。(鋅的密度為7.14 g/cm3) 數(shù)據(jù)記錄 數(shù)據(jù)處理 鍍鋅 鐵皮 長度 /cm 寬度 /cm 鍍鋅 鐵皮 質(zhì)量/g 鐵

11、皮 質(zhì)量/g 鋅鍍層厚度 (單側(cè))/cm 鋅鍍層平均 厚度(單側(cè)) /cm A 5.00 4.90 4.460 4.313 4.201×10－4 —— B 5.10 5.00 4.421 4.267 4.229×10－4 C 5.20 5.00 4.640 4.467 4.660×10－4 本實驗中產(chǎn)生誤差的地方可能有哪些？(任意列舉兩種) _______________________________________________________________、 ___________________________________

12、___________________________。 方案二：已知鋅與強堿溶液反應(yīng)的離子方程式為Zn＋2OH－＋2H2O===[Zn(OH)4]2－＋H2↑。某同學(xué)按下圖裝置設(shè)計了測定鍍鋅鐵皮鍍層厚度的實驗方案，將單側(cè)面積為S cm2、質(zhì)量為m g的鍍鋅鐵皮放入6 mol·L－1 NaOH溶液中?；卮鹣铝袉栴}。 (4)裝置中導(dǎo)管a的作用是__________________________________________ ____________________________________________________________。 (5)檢查氣密性，將藥品和水裝入各

13、儀器中，連接好裝置后，需進行的操作還有：①記錄C的液面位置；②待B中不再有氣體產(chǎn)生并恢復(fù)至室溫；③由A向B中滴加足量NaOH溶液；④上下移動C，使干燥管和C中液面相平。上述操作的順序是________(填序號)。 (6)實驗前后堿式滴定管中液面讀數(shù)分別為V1 mL、V2 mL(實驗條件下的氣體摩爾體積為Vm L·mol－1)。則鍍鋅鐵皮的厚度為________cm。(寫出數(shù)學(xué)表達式) 解析　本題考查化學(xué)實驗的設(shè)計、分析與評價。 (1)當(dāng)鋅鍍層完全反應(yīng)后就是鐵與鹽酸反應(yīng)，前后反應(yīng)速率不同，產(chǎn)生氣泡的速率明顯變化。 (2)從溶液中取出的鐵片必然帶有鹽酸及其鹽，當(dāng)洗凈時也就是不再含有

14、鹽酸及其鹽，所以檢驗鐵片是否洗凈就是檢驗氯離子，也可檢驗其酸性。 (3)由三組所列鋅鍍層厚度數(shù)據(jù)來看，第三組數(shù)據(jù)與另兩組有較大差距，應(yīng)舍去，前兩組數(shù)據(jù)取平均值得4.215×10－4 cm；本實驗中產(chǎn)生誤差的地方可能有：長度和寬度的測量，質(zhì)量的稱量，恰好反應(yīng)的判斷，反應(yīng)后鐵皮的洗滌是否干凈、烘干是否徹底等。 (4)隨著分液漏斗內(nèi)的液體不斷流下，其內(nèi)部壓強變小，不利于液體流下，故a起到平衡氣壓，保證NaOH溶液能順利滴下的作用。 (5)本實驗的關(guān)鍵是測量氣體的體積。根據(jù)此裝置的原理，應(yīng)兩次記錄C中的讀數(shù)，取其差值就是所得氣體的體積，所以正確的操作順序應(yīng)為④①③②④①。 (6)V(H2)＝(

15、V2－V1) mL，n(Zn)＝n(H2)＝(V2－V1)/(1 000·Vm) mol，m(Zn)＝65 g·mol－1×n(Zn)，鋅的密度是7.14 g·cm－3，V(Zn)＝，由于鐵片表面有上、下兩層，所以每一層的厚度h＝，代入即得答案。 答案　(1)產(chǎn)生氣泡的速率突然減小 (2)取最后一次洗滌液，加入AgNO3溶液，若無白色沉淀生成，則鐵片已洗凈(或用玻璃棒蘸取最后一次洗滌液，滴在藍色石蕊試紙上，若不變紅色，則鐵片已洗凈) (3)4.215×10－4　鍍鋅鐵皮長、寬測量；反應(yīng)前后鐵皮質(zhì)量稱量；終點判斷；反應(yīng)后鐵皮洗滌；鐵皮烘干程度(任選兩個作答即可) (4)使分液漏斗和錐形瓶

16、內(nèi)氣壓相同，以便于NaOH溶液能順利滴下 (5)④①③②④① (6)h＝ [跟蹤訓(xùn)練] 某同學(xué)為探究不同水果中維生素C的含量，根據(jù)維生素C的水溶液能夠使高錳酸鉀溶液褪色的原理，自己設(shè)計了如下實驗： ①用榨汁機分別榨出水果甲和水果乙的汁液A和汁液B； ②將兩種新鮮的汁液分別倒入兩個潔凈、干燥的小燒杯中； ③取2支潔凈、干燥的小試管，分別注入汁液A和汁液B各1毫升； ④取2支滴管，分別吸取較濃的高錳酸鉀溶液逐滴地滴入2支小試管中，邊滴、邊振蕩、邊觀察，直至高錳酸鉀溶液的顏色不能褪去時為止，記錄此時所用高錳酸鉀溶液的滴數(shù)。 請分析作答： (1)不同滴管的一滴試劑的體積是不同的，因

17、此實驗步驟________有可能增大實驗誤差，為了便于準(zhǔn)確地比較，應(yīng)當(dāng)__________________________________。 (2)按修正后的實驗步驟操作，如果滴入汁液A中的高錳酸鉀溶液滴數(shù)比滴入汁液B中的多，則水果甲中維生素C的含量比水果乙中的________________。 (3)修正后的實驗方案與課本上的相比，創(chuàng)新之處是__________________ ______________________________________________________________。 (4)寫出一種維生素C含量較高的水果或蔬菜：________________

18、_____。 解析　(1)本實驗是通過滴入高錳酸鉀的滴數(shù)來確定維生素C含量的高低，所以要求每一滴的量要相等，不然就沒有可比性了，因此④是不準(zhǔn)確的，不能選擇不同的滴管，有可能會增加實驗誤差，應(yīng)該使用同一支滴管來做實驗。 (2)高錳酸鉀溶液的顏色是紫色，維生素C可以使高錳酸鉀溶液褪色，在試管中加入等量的水果汁，再滴加高錳酸鉀溶液，滴入得越少，說明水果汁中含的維生素C越低，反之越高。 (3)課本上是先向試管中加入等量的高錳酸鉀溶液，再加水果汁。改進以后，先加等量的水果汁，再向其中滴高錳酸鉀溶液，使操作更簡便。 (4)維生素C含量較高的水果或蔬菜有獼猴桃，其次是橙子、橘子，還有黃瓜、西紅柿等。 答案　(1)④　使用同一(支)滴管吸取高錳酸鉀 (2)多 (3)先加等量的水果汁，再向其中滴高錳酸鉀溶液(使操作更簡便) (4)獼猴桃(其他合理答案均可)