上海高中化学第12讲 气体摩尔体积测定和镀锌铁皮镀层厚度的测定.docx

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上海高中化学第12讲气体摩尔体积测定和镀锌铁皮镀层厚度的测定

第12讲气体摩尔体积的测定和镀锌铁皮镀锌层厚度的测定

[基础篇]

一、气体摩尔体积的测定：

（1）测定装置：

①化学反应气体体积测定仪：

主要由气体发生器、储液

瓶、液体量瓶（可估读到0.2~0.3mL）构成。

②其它简易装置：

用排水法测定气体的体积。

（2）测定原理：

以1molH2体积测定为例，用一定量的镁带和足量的稀硫酸反应，从而计算出该温度下H2的摩尔体积。

即只要测定生成V（H2）和消耗的m（Mg）。

（3）测定步骤：

①连接装置。

气密性检查（即装配后用橡皮塞塞紧气体发生器加料口时，储液瓶中导管内液面会上升，上升液柱在1min内不下降，确认装置气密性良好）。

②称量镁带。

用电子天平（最小分度值0.001g）称取0.100~0.110g镁带，记录数据。

③加水和镁带。

拆下气体发生器，加入约20mL水和称量的镁带，然后连接并塞紧加料口。

④抽气调压。

用注射器在A瓶加料口抽气，使B瓶导管内外液面持平（与外界大气压相等）。

⑤加硫酸反应和记录温度。

用注射器在A瓶加料口注入3mol/L稀硫酸l0mL，捏住针头拨出，记录a处数字温度计在底座上显示的B瓶内气体的温度（供教师计算测定的理论值）。

⑥读数。

当C瓶连接口不再滴液时，读出C瓶液面刻度数值（估计最小分度值的1/2）。

⑦再次抽气调压。

用注射器在A瓶加料口抽气，使B瓶导管内外液面持平（与起始状态相同）。

读出注射器中抽出气体的体积，记录数据。

⑧第二次测定。

拆开B、C瓶，将C瓶中红色液体倒回B瓶；拆开A、B瓶，倒去A瓶中反应液，洗净后再次测定。

⑨数据处理。

a.氢气体积=C瓶液体体积-稀硫酸+抽出气体体积

b.计算测定的1molH2的体积与平均值：

c.计算该温度、常压下1molH2体积的理论值V=nRT/P=1×8.314×（273+t）/101或V=22.4×（273+t）/273

d．计算实验误差=×100%

e．t℃、101kPa时，1mol氢气的体积=（教师计算理论值）

4．误差分析：

把各种误差归结到V（H2）误差上来分析。

失误操作

V（H2）

Vm

镁带中含有与硫酸不反应的杂质

减小

减小

镁带中含有铝杂质

增大

增大

没有进行装置的气密性检查，有漏气

减小

减小

镁带表面氧化镁没有擦除或没有除尽

减小

减小

液体量瓶刻度读数未扣去硫酸的体积

增大

增大

硫酸的量不足，镁带没有完全反应

减小

减小

没有冷却到室温读数

增大

增大

二、镀锌铁皮锌镀层厚度的测定：

1．实验原理：

（1）测量镀锌铁皮的面积（s）、查得锌的密度（ρ）；

（2）通过镀锌层与残留铁片跟酸反应速率的显著差别，来测定镀锌层的质量（mZn）；

（3）通过计算求得镀锌层的厚度（h）。

mZn＝ρV＝ρ·h·s×2（s=长×宽）

2．实验试剂和仪器

样品：

镀锌铁皮

试剂：

6mol•L-1

仪器：

电子天平、烧杯、镊子、直尺（精密度为1mm）、酒精灯、三脚架、石棉网、滤纸

3．实验步骤：

（1）测量：

两片镀锌铁皮的面积（精确到0.01cm）；

（2）用电子天平称量：

镀锌铁皮的质量（m1）；

（3）除锌镀层：

用稀盐酸，到反应速率突然减小时，迅速倒出盐酸，取出铁片冲洗酸液；

（4）称量：

将铁片放在石棉网上烘干、冷却后称量（m2）；

（5）平行实验：

将另一片镀锌铁皮重复上述步骤3、4，记录数据。

4．数据处理与误差分析：

镀锌铁皮镀锌层厚度=；

m（Zn）=m1（镀锌铁皮）—m2（残留铁片）。

根据教师提供的标准值计算相对误差。

5．问题与讨论

（1）将镀锌铁皮放入烧杯中，加入稀硫酸，反应时应小心将铁片翻动，该操作的目的是使铁皮两边锌镀层都充分反应；若没有此项操作，则测得的镀层厚度偏小。

（2）当反应速率突然减小时，立即取出铁皮并用自来水冲洗，该操作的目的是除去铁片表面附着的残液。

若没有此项操作，则测得的镀层厚度偏小。

如何检验铁皮已洗净？

取少量洗涤后的溶液，滴入几滴BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，证明铁皮已洗净。

（3）将铁片放在石棉网上，用酒精灯小火烘干，该操作的目的是除去铁片表面附着的水，防止铁与空气中的氧气反应。

若无此步骤，则计算得到的铁片厚度结果偏小。

6．方法探索：

方案1：

.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的NaOH溶液中，充分反应后，取出铁片，洗涤、烘干后称量。

Zn＋2NaOH＋2H2O→Na2[Zn（OH）4]＋H2↑

方案2：

.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸溶液中，使其完全溶解，通过测量氢气的体积，计算铁皮上的锌的质量。

方案3：

.将一定质量的镀锌铁皮（m1）投入到足量的FeSO4溶液中，一段时间后，取出铁片，洗净、烘干、称量（m2），计算铁皮上的锌的质量m。

方案5：

将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸溶液中，使其完全溶解，再在所得溶液中加入过量的NaOH溶液，过滤、洗涤、烘干、灼烧沉淀，最后称量。

方案6：

将一定质量的镀锌铁皮与另一纯铁片用导线连接，放入FeSO4溶液中，一段时间后，取出铁片，洗涤、烘干后称量。

方案7：

用螺旋测微器直接测量铁片反应前后的厚度，则厚度差的1/2即为镀锌铁皮的锌镀层厚度（h）。

方案8：

用电子天平称出镀锌铁皮的质量，用排水法测出镀锌铁皮的体积，结合密度可计算出锌镀层的厚度。

m（Fe）+m（Zn）=m

m（Fe）/ρ（Fe）+m（Zn）/ρ（Zn）=V

注意：

镀锌铁皮锌镀层厚度的测定实验目前上海不做要求，请各位老师使用时注意这部分内容的讲解。

[技能篇]

【例1】在常温常压下，可利用下列装置来测定气体体积

（1）写出装置名称：

A。

C装置的作用是。

（2）若称取0.113g镁带跟10.00mL稀硫酸（足量）完全反应制取氢气，并测定1mol氢气的体积（在常温常压下测定）。

反应结束时C中的液面刻度为128.00mL，则得此条件下1mol氢气的

体积为L（精确到0.001）。

（3）上述测出1mol氢气的体积比该温度和压强下的理论值偏高的原因是（假设操作和装置都无

问题）（选填编号，下同）。

A．未冷却到室温B．反应速率太快

C．未进行抽气操作D．装置气密性不好

（4）若利用上述装置测定CO2的气体摩尔体积。

①B中所盛放的液体应为

A．饱和Na2CO3溶液B．饱和NaHCO3溶液

C．水D．澄清石灰水

②仪器A中盛放的试剂应为____

A．大理石，浓盐酸B．纯碳酸钠，稀硫酸

C．纯碳酸钙，稀硫酸D．纯碳酸钠，稀盐酸

（5）用以上装置测出的气体摩尔体积均比理论值大，你认为减小实验误差可行的措施是____

A．把A装置浸入盛水（常温）的水槽中B．减小酸的浓度

C．把A装置浸入盛冰水的水槽中D．增大酸的浓度

解析:

（2）Vm=24×（0.128-0.01）/0.113=25.062L

答案:

（1）气体发生装置精确量取液体体积

（2）25.062

（3）AB（4）①B②B（5）AB

[练1]

（1）用排水量气法测定H2的摩尔体积。

某次实验用了0.044克镁，在水中与硫酸反应后放出

氢气，镁条消失后，这些气体排水38.5ml（已换算成标准状况）。

①该次气体摩尔体积的计算值是L/mol,实验误差是%

②造成本次实验误差的原因可能是（选择填空）。

a．镁条不纯，含单质铁b．称重的镁条表面有氧化膜c．氢气中含有较多的水蒸气

③目前的排水量气法不合适测C2H2的摩尔体积，这是因为（选择填空）。

a．C2H2在水中的溶解度明显高于H2b．C2H2与蒸馏水会发生明显反应

c．用于发生C2H2的电石含有杂质

（2）现有一定量可能含有Na2O杂质的Na2O2。

欲测其Na2O2的纯度，有多种方案可供选择。

举例

如下：

①测O2的体积用电子天平称量一定质量的样品，取用带分液漏斗和导管的大试管让样品发生O2，

该导管连接的下一个装置是（选择填空）。

②测NaCl（或NaOH）的质量将样品称量后直接溶于足量（或），将溶液蒸发干燥，得固体NaCl（或NaOH），称重，换算。

若称取的样品为ag，该样品中Na2O2的纯度为100%，则NaCl的测定值应为g

③第三种方案的测定值精度最高，该方案是

从配置所有所需溶液到完成多有操作，该方案中必须使用的定量玻璃仪器包括。

解析:

（1）①Vm=0.0385×24÷0.044=21.0

计算实验误差=×100%=（21.0-22.4）/22.4=-0.0625g

②测定值比理论值偏小，只有ab，c是偏大

③要准确测量气体的体积，气体必须难溶于水，且不能有其他气体产生的，而乙炔在常温没有催化剂

的条件下是不与水反应的，故选ac

（2）①要是气体留在集气瓶，而把水压出只有b可以

②因为Na2O杂质的Na2O2都与水和算反应，与水都生成氢氧化钠，与盐酸都生成氯化钠，故可直接加水或盐酸根据钠守恒计算m（NaCl）=2×a×58.5/78=1.5a

③测定的三种方法：

气体法、质量法、滴定法，根据滴定的过程回忆仪器

答案：

（1）①21.0-6.25②ab③ac

（2）①b②盐酸蒸馏水1.5a③中和滴定滴定管容量瓶

【例2】某实验兴趣小组为了测定镀锌铁皮中锌的质量分数ω（Zn），设计如下实验方案。

【方案甲】测定试样与6mol/L盐酸溶液反应前后固体的质量变化，流程如下：

（1）操作II中镀层反应完的标志是_____________________________________。

操作IV的名称是___________。

（2）操作III中，检验铁片已洗净的方法是___________________________________________。

（3）若要进一步计算锌镀层厚度，还需知道的物理量是：

镀锌铁皮的表面积S、__________。

【方案乙】测定试样与6mol/L的烧碱溶液反应生成的氢气体积，装置如下：

[已知：

锌易溶于强碱溶液：

Zn+2NaOH+2H2O→Na2Zn（OH）4+H2↑]

（4）配制250mL6mol/L的NaOH溶液，需要量取48%的浓NaOH溶液（密度为1.506g/cm3）______mL，用规格为_______mL量筒量取。

（5）为精确测定H2体积，在反应结束并冷却后，用针筒在储液瓶左侧乳胶管处进行抽气，直至

为止。

若省略此步骤，测得的体积数据将_________（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。

（6）已知镀锌铁皮的质量为mg，加入烧碱溶液的体积为V1mL（所有体积数据均已折算至标准状况，下同），最终液体量瓶中水的体积为V2mL，针筒抽出气体的体积为V3mL。

选择合理数据，计算ω（Zn）=___________________________。

解析：

（1）当锌反应完全，不能形成原电池时，反应就会急剧减慢

（2）实际就是检验Cl-

（3）根据镀锌铁皮镀锌层厚度=可得

（4）根据V浓=C•V•M/ρ•ω=83mL，故只能选择少大量程的量筒100mL

（5）气体的体积测量必须知道温度和压强，内外温度相等，而压强只能测量大气压强，故使内外大气压强相等。

若不进行此步，体系内压强大于外压强，从而使所测体积偏小。

（6）ω（Zn）=m（Zn）/m=65n（Zn）/m=65×（V2+V3）×10-3/22.4m

答案：

（1）生成氢气的速率突然减慢（合理即可）；烘干（或放在石棉网上用酒精灯烘干）；

（2）取最后一次洗涤液，加入硝酸银溶液，无白色沉淀产生，则铁片已洗净

（或测定最后一次洗涤液的pH值，接近中性亦可）；

（3）金属