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

（浙江專(zhuān)用）2022年高中化學(xué) 專(zhuān)題6 物質(zhì)的定量分析 課題二 鍍鋅鐵皮鋅鍍層厚度的測(cè)定教學(xué)案 蘇教版選修6【學(xué)考報(bào)告】知識(shí)條目加試要求電子天平的使用鍍鋅鐵皮鋅鍍層厚度測(cè)定的原理(與酸或堿反應(yīng))和操作流程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和測(cè)定過(guò)程中產(chǎn)生誤差的原因分析abc一、知識(shí)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(fù)極，鋅先被腐蝕。將鍍鋅鐵皮放到酸中時(shí)，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(fù)極：Zn2e=Zn2正極：2H2e=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(chēng)鉛鐵、白鐵。鍍鋅鐵為什么不易生銹呢？提示在鐵的表面起到保護(hù)層的作用。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(yáng)極的陰極保護(hù)法原理，鐵受到保護(hù)。2鍍鋅層厚度的測(cè)定稱(chēng)量與6 mol·L1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(m1m2)，則鋅鍍層的總體積為V，式中為鋅的密度，一般為7.14 g·cm3。若已知鋅鍍層單側(cè)面積為S(可測(cè))，鋅鍍層單側(cè)厚度為h，則V2hS。由以上兩式可得2hS，所以h。二、課題方案設(shè)計(jì)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(zhǎng)度與寬度。2用電子天平分別稱(chēng)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 14稀硫酸。反應(yīng)時(shí)用玻璃棒小心翻動(dòng)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(shí)(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(lái)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(chēng)量。5分別用鍍鋅鐵皮B、C重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟3、4。6根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，求出鍍鋅鐵皮的鋅鍍層厚度。思考2：為何將鐵片小火烘干而不能高溫烘干？提示因鐵在高溫時(shí)易被空氣中的氧氣氧化。若烘干時(shí)溫度過(guò)高，會(huì)有部分鐵轉(zhuǎn)化為氧化物而使鐵片質(zhì)量增大，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小。點(diǎn)撥一、鍍鋅鐵皮鋅鍍層厚度的測(cè)定方案設(shè)計(jì)1利用電化學(xué)腐蝕原理將一定長(zhǎng)度、寬度和質(zhì)量的鍍鋅鐵片放入6 mol·L1的鹽酸中形成原電池，鋅被反應(yīng)掉，通過(guò)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(chēng)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(m1m2)。2利用鋅與鐵的性質(zhì)不同進(jìn)行測(cè)量鋅與鋁類(lèi)似，溶于強(qiáng)堿溶液中Zn2NaOH2H2O=Na2Zn(OH)4H2，而鐵不與強(qiáng)堿反應(yīng)，通過(guò)稱(chēng)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(密度，S表面積)特別提示方案1、方案2只是測(cè)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(jì)。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(diǎn)撥二、實(shí)驗(yàn)測(cè)定的注意事項(xiàng)1測(cè)定步驟2實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(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(shí)驗(yàn)最重要的一環(huán)。若判斷過(guò)早則會(huì)使鋅未完全溶解；若過(guò)遲會(huì)使鐵部分溶解，都會(huì)增加實(shí)驗(yàn)誤差。(2)為精確測(cè)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(duì)著它大聲說(shuō)話(huà))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(lái)后再讀數(shù)。(4)要及時(shí)記錄數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)對(duì)定量分析實(shí)驗(yàn)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(huì)使后續(xù)實(shí)驗(yàn)喪失意義。點(diǎn)撥三、水果中維生素C含量的測(cè)定1基本原理(1)維生素C：存在：不少蔬菜、水果中含有豐富的維生素C。結(jié)構(gòu)及性質(zhì)：維生素C又稱(chēng)抗壞血酸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為，具有強(qiáng)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(cè)定果汁中維生素C的含量。(2)測(cè)定原理：用醫(yī)用維生素C片配制一定濃度a mg·L1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(lán)色且半分鐘內(nèi)不褪色為止，記錄加入碘水的體積(V1)。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(lán)色且半分鐘內(nèi)不褪色時(shí)消耗碘水的體積(V2)。則水果中維生素C的含量為·a。2實(shí)驗(yàn)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(guò)濾后備用。(3)維生素C片中維生素C含量的測(cè)定：移取中所配溶液20 mL于錐形瓶中，加入1 mL 0.1 mol·L1鹽酸，再加12 mL淀粉溶液，用0.010 mol·L1碘水溶液滴定，直到溶液顯藍(lán)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(cè)定：移取中所配溶液20 mL于錐形瓶中，加入1 mL 0.1 mol·L1鹽酸，再加12 mL淀粉溶液，用0.010 mol·L1碘水溶液滴定，直到溶液顯藍(lán)色且半分鐘內(nèi)不褪色。重復(fù)操作兩次，記錄數(shù)據(jù)。(5)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。典例剖析“白鐵皮”指鍍鋅的鐵皮，具有較強(qiáng)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(hù)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(cè)定鍍鋅鐵皮的厚度，設(shè)計(jì)了下面的實(shí)驗(yàn)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·L1鹽酸，反應(yīng)時(shí)用玻璃棒小心翻動(dòng)鍍鋅鐵皮，待鋅鍍層反應(yīng)完全時(shí)，立即將未反應(yīng)的鐵皮取出，洗滌、小心烘干、稱(chēng)量。將B、C重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)。(1)鋅鍍層完全反應(yīng)的標(biāo)志是_。(2)如何檢驗(yàn)鐵片已經(jīng)洗凈？_。(3)該小組的實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)度/cm寬度/cm鍍鋅鐵皮質(zhì)量/g鐵皮質(zhì)量/g鋅鍍層厚度(單側(cè))/cm鋅鍍層平均厚度(單側(cè))/cmA5.004.904.4604.3134.201×104B5.105.004.4214.2674.229×104C5.205.004.6404.4674.660×104本實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的地方可能有哪些？(任意列舉兩種)_、_。方案二：已知鋅與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)的離子方程式為Zn2OH2H2O=Zn(OH)42H2。某同學(xué)按下圖裝置設(shè)計(jì)了測(cè)定鍍鋅鐵皮鍍層厚度的實(shí)驗(yàn)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·L1 NaOH溶液中?；卮鹣铝袉?wèn)題。(4)裝置中導(dǎo)管a的作用是_。(5)檢查氣密性，將藥品和水裝入各儀器中，連接好裝置后，需進(jìn)行的操作還有：記錄C的液面位置；待B中不再有氣體產(chǎn)生并恢復(fù)至室溫；由A向B中滴加足量NaOH溶液；上下移動(dòng)C，使干燥管和C中液面相平。上述操作的順序是_(填序號(hào))。(6)實(shí)驗(yàn)前后堿式滴定管中液面讀數(shù)分別為V1 mL、V2 mL(實(shí)驗(yàn)條件下的氣體摩爾體積為Vm L·mol1)。則鍍鋅鐵皮的厚度為_(kāi)cm。(寫(xiě)出數(shù)學(xué)表達(dá)式)解析本題考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、分析與評(píng)價(jià)。(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(shí)也就是不再含有鹽酸及其鹽，所以檢驗(yàn)鐵片是否洗凈就是檢驗(yàn)氯離子，也可檢驗(yàn)其酸性。(3)由三組所列鋅鍍層厚度數(shù)據(jù)來(lái)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4.215×104 cm；本實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的地方可能有：長(zhǎng)度和寬度的測(cè)量，質(zhì)量的稱(chēng)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是測(cè)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。(6)V(H2)(V2V1) mL，n(Zn)n(H2)(V2V1)/(1 000·Vm) mol，m(Zn)65 g·mol1×n(Zn)，鋅的密度是7.14 g·cm3，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(wú)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(lán)色石蕊試紙上，若不變紅色，則鐵片已洗凈)(3)4.215×104鍍鋅鐵皮長(zhǎng)、寬測(cè)量；反應(yīng)前后鐵皮質(zhì)量稱(chēng)量；終點(diǎn)判斷；反應(yīng)后鐵皮洗滌；鐵皮烘干程度(任選兩個(gè)作答即可)(4)使分液漏斗和錐形瓶?jī)?nèi)氣壓相同，以便于NaOH溶液能順利滴下(5)(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(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：用榨汁機(jī)分別榨出水果甲和水果乙的汁液A和汁液B；將兩種新鮮的汁液分別倒入兩個(gè)潔凈、干燥的小燒杯中；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；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(shí)為止，記錄此時(shí)所用高錳酸鉀溶液的滴數(shù)。請(qǐng)分析作答：(1)不同滴管的一滴試劑的體積是不同的，因此實(shí)驗(yàn)步驟_有可能增大實(shí)驗(yàn)誤差，為了便于準(zhǔn)確地比較，應(yīng)當(dāng)_。(2)按修正后的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案與課本上的相比，創(chuàng)新之處是_。 (4)寫(xiě)出一種維生素C含量較高的水果或蔬菜：_。 解析(1)本實(shí)驗(yàn)是通過(guò)滴入高錳酸鉀的滴數(shù)來(lái)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(méi)有可比性了，因此是不準(zhǔn)確的，不能選擇不同的滴管，有可能會(huì)增加實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)該使用同一支滴管來(lái)做實(shí)驗(yàn)。(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(shuō)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(jìn)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(jiǎn)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)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(jiǎn)便)(4)獼猴桃(其他合理答案均可)