版高中化学专题6物质的定量分析课题二镀锌铁皮锌镀层厚度的测定学案苏教版Word文件下载.docx
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3.将镀锌铁皮A放入烧杯中,加入40mL1∶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6mol·
L-1的盐酸中形成原电池,锌被反应掉,通过观察产生H2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(m1)与反应后(m2)镀锌铁皮的质量差就是锌镀层的质量(m1-m2)。
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+2H2O===Na2[Zn(OH)4]+H2↑,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=
(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
↓
—
↓
↓
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amg·
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(V1)。
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(V2)。
则水果中维生素C的含量为
·
a。
2.实验记录与结论
(1)配制维生素C标准溶液:
将5片100mg的维生素C药片投入盛有50mL蒸馏水的烧杯中,用玻璃棒搅拌加速溶解,再转移到250mL容量瓶中,稀释至刻度线。
(2)准备果汁样品:
取50mL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20mL于锥形瓶中,加入1mL0.1mol·
L-1盐酸,再加1~2mL淀粉溶液,用0.010mol·
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20mL于锥形瓶中,加入1mL0.1mol·
(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40mL6mol·
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7.14g/cm3)
数据记录
数据处理
镀锌铁皮
长度/cm
宽度/cm
镀锌铁皮质量/g
铁皮质量/g
锌镀层厚度(单侧)/cm
锌镀层平均厚度(单侧)/cm
A
5.00
4.90
4.460
4.313
4.201×
10-4
——
B
5.10
4.421
4.267
4.229×
C
5.20
4.640
4.467
4.660×
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Scm2、质量为mg的镀锌铁皮放入6mol·
L-1NaOH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V1mL、V2mL(实验条件下的气体摩尔体积为VmL·
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×
10-4cm;
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(H2)=(V2-V1)mL,n(Zn)=n(H2)=(V2-V1)/(1000·
Vm)mol,m(Zn)=65g·
mol-1×
n(Zn),锌的密度是7.14g·
cm-3,V(Zn)=
,由于铁片表面有上、下两层,所以每一层的厚度h=
,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AgNO3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=
[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)
(时间:
45分钟)
1.在实验室进行下列有关物质的制备流程中,理论上正确、操作上可行且经济上合理的是( )
A.C
CO
CO2
Na2CO3
B.Cu
Cu(NO3)2溶液
Cu(OH)2
C.CaO
Ca(OH)2溶液
NaOH溶液
D.Fe
Fe2O3
Fe2(SO4)3溶液
解析 A项碳在空气中燃烧生成CO2,此设计操作上复杂;
B项使用AgNO3不经济;
D项Fe燃烧产物是Fe3O4,而不是Fe2O3。
答案 C
2.用滴定法测定Na2CO3(含NaCl杂质)的质量分数,下列操作会引起测定值偏高的是( )
A.试样中加入酚酞作指示剂,用标准酸液进行滴定
B.滴定管用蒸馏水洗涤后,直接注入标准酸液进行滴定
C.锥形瓶用蒸馏水洗涤后,直接加入待测液进行滴定
D.滴定管用蒸馏水洗涤后,直接注入待测液,取20.00mL进行滴定
解析 A项,酚酞变色的pH是8.2~10.0,用于滴定碳酸钠时,对测定结果无影响;
B项,滴定管用蒸馏水洗涤后未用标准液润洗,则标准液被稀释,V(酸)偏高,测定值偏高;
C项,装待测液的锥形瓶不润洗,对测定结果无影响;
D项,直接将待测液稀释,测得待测液的浓度偏低。
答案 B
3.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 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。
4.电子天平是定量分析中常用的精密仪器,下列关于电子天平的说法正确的是( )
A.电子天平操作方便、读数稳定、准确度高,不同型号的电子天平具有相同的精确度
B.电子天平是电子仪器,十分精密,不需要校准和调零
C.电子天平具有归零键,因此烧杯不洁净或者潮湿都不影响使用
D.天平使用时,要关上附近的窗户,不要撞击使用天平所在的桌面;
读数时,侧门应关闭,防止气流影响称量
解析 电子天平十分精密,不同型号的电子天平具有不同的精确度;
使用时需要校准和调零;
烧杯不洁净或者潮湿都不能用其称量。
答案 D
5.为检验某病人血液中的含钙量,现取10mL血液样品稀释后用草酸铵[
(NH4)2C2O4]处理成草酸钙沉淀,将此沉淀溶于过量的稀硫酸中,然后用0.5mol·
L-1KMnO4溶液滴定至终点(生成Mn2+、CO2、H2O),恰好消耗1.6mL,则该病人血液中含钙量为( )
A.2.4g·
L-1B.8g·
L-1
C.6g·
L-1D.12g·
解析 设10mL样品中含Ca2+的物质的量为n,由题意可得关系式
求得n=2×
10-3mol,血液中的含钙量为=8g·
L-1。
6.下列实验装置设计正确,且能达到目的的是( )
解析 B中NaOH溶液不应盛放在酸式滴定管中;
C中反应应在高压下进行,检验NH3应该使用湿润的pH试纸;
D中温度计水银球位置应在蒸馏烧瓶支管口处。
答案 A
7.下列实验操作会引起测定结果偏高的是( )
A.测定胆矾结晶水含量的实验中,晶体加热完全失去结晶水后,将盛试样的坩埚在空气中自行冷却
B.中和滴定用的锥形瓶加入待测液后,再加少量蒸馏水稀释
C.为了测定一种白色固体的质量,将药品放在托盘天平的右盘,砝码放在左盘,并需移动游码使之平衡
D.量取待测液的移液管用水洗后,没有用待测液润洗2~3次
解析 A选项,加热失去结晶水的CuSO4在空气中冷却时会吸收水分,从而使“失去结晶水后的硫酸铜”质量增大,即“硫酸铜晶体含有的结晶水”减小了,所以,测定出的结晶水含量会偏低;
B选项,无影响,因为这不会引起待测液的物质的量的变化;
C选项,实际上,“白色固体质量”+“游码读数”=“砝码读数”,但测定结果是“游码读数”+“砝码读数”,所以,测定结果偏高;
D选项,待测液被稀释,在中和滴定中测得的是稀释后的浓度,所以,测定结果偏低。
8.利用维生素C能使淀粉碘溶液褪色的性质,通过实验(如图所示)比较加入苹果汁和橙汁的多少来确定它们中维生素C含量的多少。
要得出正确结论,在实验时需要控制的条件是( )
A.实验时必须向两烧杯中同时滴加液体
B.淀粉碘溶液的体积和浓度必须相等
C.胶头滴管滴出的果汁的滴数必须相等
D.胶头滴管滴出的每滴果汁的体积不用相等
解析 因为要比较加入苹果汁和橙汁的多少来确定它们中维生素C含量的多少,所以不必同时加入,滴数也不必相等,但碘的量要相等,每滴果汁的体积也必须相等才能进行比较。
9.用如图所示装置测定水中氢、氧元素的质量比,化学反应方程式为CuO+H2
Cu+H2O。
其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差和U形管的质量差,实验测得m(H)∶m(O)>1∶8。
下列对导致这一结果的原因的分析中,一定错误的是( )
A.Ⅰ、Ⅱ装置之间缺少干燥装置
B.CuO没有全部被还原
C.Ⅱ装置中玻璃管内有水冷凝
D.Ⅲ装置之后缺少干燥装置
解析 通氢气前后玻璃管的质量差为反应的CuO中O的质量,反应前后U形管的质量差为反应生成的水的质量。
Ⅰ、Ⅱ装置之间没有干燥装置,则使Ⅰ中反应带出的水蒸气进入U形管使水的质量增大,则H质量增加,导致m(H)∶m(O)>1∶8。
若Ⅱ装置有水冷凝,则使测得的水的质量减小,设冷凝水质量为m,则H质量减小m/9,但Ⅱ装置质量增加m,即测得O质量减小m,由于m(H)∶m(O)=1∶8,若设m(H)=n,则m(O)=8n,则测得的
=
+
>
,因此测得m(H)∶m(O)>1∶8。
Ⅲ装置后缺少干燥装置,会导致CaCl2吸收空气中的水蒸气,导致测得水的质量增加,m(H)∶m(O)>1∶8。
只有B中CuO没有被完全还原,则对m(H)∶m(O)的测定没有影响,因此一定错误。
10.某同学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、质量为m1的镀锌铁皮放入6mol·
L-1HCl溶液中,当气泡产生速率显著减小时,取出铁片用水冲洗,烘干后称量,得到质量为m2。
下列说法错误的是( )
A.当铁皮产生气泡速率减慢时,立即取出铁皮,不冲洗就用酒精灯加热烘干,铁皮可能继续与残留的酸反应,导致实验结果偏高
B.实验过程中产生气泡的速率先慢,然后逐渐加快,再显著减缓,这是原电池和温度共同影响的结果
C.锌和铁在酸溶液中形成原电池,外电路中电流从铁流向锌
D.设锌镀层单侧厚度为h,锌的密度为ρ,则h=
解析 锌和铁在酸性溶液中形成原电池,锌为负极,铁为正极,故外电路电流从正极(Fe)流向负极(Zn)。
因为镀锌铁皮是双面镀锌,故锌层的总体积V=2hS,所以h=
,D选项错误。
11.锌的金属活动性比铁 ,如果镀锌铁皮的锌镀层被破坏,将在潮湿的空气中发生 腐蚀。
残留的锌镀层作为原电池的 ,锌先被腐蚀。
将镀锌铁皮放到酸中时,电极反应为:
,正极:
,待锌在酸中完全溶解后,产生氢气的速率显著 ,由此判断锌镀层是否反应完全。
称量与酸反应前后的铁皮的质量(分别为m1、m2),则(m1-m2)就是 的质量,设锌的密度为ρ,则锌镀层的总体积为V= 。
若已知锌镀层单侧面积为S,锌镀层单侧厚度为h,则V= ,故可得
=2hS,即h=
答案 活泼 电化学 负极 Zn-2e-===Zn2+ 2H++2e-===H2↑ 变慢 锌镀层
2hS
12.卷心菜中含有丰富的维生素C,维生素C在酸性溶液中能被碘氧化。
某实验小组通过如下实验对卷心菜中维生素C的含量进行测定。
第一步:
配制维生素C标准溶液。
将5片100mg的维生素C药片碾碎、溶解,配成250mL标准溶液。
第二步:
制取卷心菜汁。
取50g新鲜的卷心菜,捣烂,加水充分搅拌,用如图所示装置抽滤制得卷心菜汁50mL。
第三步:
标准溶液中维生素C含量的测定。
移取20.00mL维生素C标准溶液于锥形瓶中,加入1mL0.1mol·
L-1盐酸酸化,加入2滴淀粉试液作指示剂,用0.010mol·
L-1碘水滴定到终点,记录消耗碘水的体积。
重复上述操作两次,消耗碘水的平均体积为V1。
第四步:
卷心菜汁中维生素C含量的测定。
移取20mL卷心菜汁于锥形瓶中,加入1mL0.1mol·
重复上述操作两次,消耗碘水的平均体积为V2。
(1)与过滤相比,抽滤的优点是 。
抽滤所用的滤纸应略 (填“大于”或“小于”)布氏漏斗内径,将全部小孔盖住。
(2)移取20.00mL待测液选用的仪器是 ,滴定终点溶液的颜色呈 色。
(3)上述滴定过程滴定速度要快,否则将会使测得的维生素C的含量偏低,其可能的原因是_________________________________________________________
(4)1kg卷心菜中所含维生素C相当于 片上述维生素药片。
(用含V1、V2的代数式表示)
答案
(1)加快过滤速率 小于
(2)20mL移液管或酸式滴定管 蓝
(3)维生素C被空气中的氧气氧化 (4)
13.白铁即镀锌铁皮,某学习小组的三位同学为了测定锌镀层的厚度,提出了各自的设计方案。
Ⅰ.甲同学的方案是,先用盐酸将镀锌铁皮表面的锌反应掉,通过差量算出锌的质量,然后再由查得的锌的密度算出锌层的体积,最后由体积除以镀锌铁皮面积得锌层厚度。
(1)配制1mol·
L-1的盐酸100mL,需取用36.5%(ρ=1.181g·
cm-3)的盐酸 mL;
配制过程中要用到的玻璃仪器除量筒、烧杯、玻璃棒外,还有____________________________________________________________________。
(2)将相同大小、相同厚度的普通锌片和镀锌铁皮放入两支试管,各加入等量1mol·
L-1的盐酸,观察到镀锌铁皮比普通锌片与盐酸反应速率更快,产生此
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