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江苏省兴化中学高三化学备课组 选修6 课题2 镀锌铁皮镀层厚度的测定

课题2 镀锌铁皮镀层厚度的测定

 

一、实验的基本原理

本实验利用镀锌铁皮腐蚀前后的质量差(△m)以及锌的密度(ρ)和镀锌铁皮单侧的面积(S)并结合公式 h =△m/(2ρS)来测定镀锌铁皮的锌镀层厚度。

 

二、实验关键点

1、镀锌铁片反应前后质量的精确测量与读数。

2、如何判断镀锌铁皮锌片恰好反应完,铁片基本没反应

  3、数据的准确记录与处理及误差分析。

 

三、如何把握实验关键点

此课题本人做了三个实验:

 

实验一:镀锌铁皮与盐酸的反应

 

实验原理:镀锌铁皮在盐酸中构成原电池,锌与盐酸先反应,当反应气泡迅速减少时,锌已基本反应完。

实验样品:镀锌铁皮(约5cm×5cm)3片

仪器:烧杯(培养皿)、酒精灯、火柴、三脚架、石棉网、镊子、玻璃棒、尺(精度为0.1cm),电子天平(精度为0.001g)。

试剂:6mol·L-1盐酸

 

实验步骤:

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,加入约40mL 6mol·L-1盐酸。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),立即将未反应的铁皮取出,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,求出镀锌铁皮的镀锌铁皮的锌镀层厚度。

 

 

 

 

记录与结论

      数据记录

                数据处理

镀锌铁皮A,长4.94,宽---4.9----- cm

镀锌铁皮B,长---5.05cm,宽-5.0---- cm

镀锌铁皮C,长---5.05cm,宽4.9-- cm

 

镀锌铁皮A,m1(A)=---2.455----g

镀锌铁皮B,m1(B)=--2.508--g

镀锌铁皮C,m1(C)=--2.500----g

镀锌铁皮A,m2(A)=-2.201g

镀锌铁皮B,m2(B)=--2.247----g

镀锌铁皮C,m2(C)=--2.238---g镀

镀锌铁皮

镀锌铁皮厚度

(单侧)/cm

锌镀层平均厚度(单侧)/cm

相对平均差

/%

镀锌铁皮A

7.348×10-4m

 

 

7.334×10-4m

 

 

 

0.864%

镀锌铁皮B

7.239×10-4m

镀锌铁皮C

7.415×10-4m

附录象

 

实验二:镀锌铁皮与氢氧化钠溶液的反应

 

实验原理:锌能溶于强碱溶液而铁不能与强碱溶液反应,反应的化学反应方程式为:

Zn  +  2NaOH  +  2H2O===  Na2[Zn(OH)4]  +  H2

 

实验步骤:

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,加入约40mL 6mol·L-1氢氧化钠。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,到反应速率为零(几乎不产生气泡)时,将未反应的铁皮取出,用自来水冲洗掉附着的碱液。

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,求出镀锌铁皮的镀锌铁皮的锌镀层厚度。

 

实验数据如下:

      数据记录

                数据处理

镀锌铁皮A,长5.0,宽5.0---- cm

镀锌铁皮B,长---5.1cm,宽-5.0---- cm

镀锌铁皮C,长5.05---cm,宽5.05 cm

 

镀锌铁皮A,m1(A)=---2.508---g

镀锌铁皮B,m1(B)=-2.519---g

镀锌铁皮C,m1(C)=--2.511----g

镀锌铁皮A,m2(A)=-2.257g

镀锌铁皮B,m2(B)=--2.265----g

镀锌铁皮C,m2(C)=--2.255---g镀

镀锌铁皮

镀锌铁皮厚度

(单侧)/cm

锌镀层平均厚度(单侧)/cm

相对平均差

/%

镀锌铁皮A

7.031×10-4m

 

 

7.012×10-4m

 

 

 

0.347%

镀锌铁皮B

6.975×10-4m

镀锌铁皮C

7.029×10-4m

附照片

 

问题和讨论:

由于实验一镀锌铁皮中的锌和铁都能与盐酸反应,所以锌与盐酸是否恰好完全反应比较难判断,不同的实验者会有比较大的偏差,因此,实验误差大。而实验二锌与强碱溶液而铁不能与强碱溶液反应可以使锌充分反应,不存在是否完全反应的判断问题,比较精确。但时间比较长,每反应一次就需要大约45分钟时间。为解决既能准确判断又在短时间内完成,实验做了少许改进。在实验一的酸溶液中加几滴双氧水。若出现明显黄色,则说明锌层已反应完。

 

实验三 镀锌铁皮与滴加双氧水的盐酸的反应

 

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.在40mL 6mol·L-1盐酸中先滴几滴双氧水,再将镀锌铁皮A放入烧杯中,

当反应液中有黄色出现时,立即取出铁片,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,求出镀锌铁皮的镀锌铁皮的锌镀层厚度。

 

实验数据如下:

      数据记录

                数据处理

镀锌铁皮A,长5.03,宽5.0---- cm

镀锌铁皮B,长---5.1cm,宽-5.0---- cm

镀锌铁皮C,长5.05---cm,宽4.9-- cm

 

镀锌铁皮A,m1(A)=---2.512----g

镀锌铁皮B,m1(B)=-2.520---g

镀锌铁皮C,m1(C)=--2.500----g

镀锌铁皮A,m2(A)=-2.261g

镀锌铁皮B,m2(B)=--2.267----g

镀锌铁皮C,m2(C)=--2.251---g镀

镀锌铁皮

镀锌铁皮厚度

(单侧)/cm

锌镀层平均厚度(单侧)/cm

相对平均差

/%

镀锌铁皮A

6.989×10-4m

 

 

6.995×10-4m

 

 

 

0.500%

镀锌铁皮B

6.948×10-4m

镀锌铁皮C

7.047×10-4m

附录象

四、实验注意事项

1、电子天平要小心使用:因电子天平属精密仪器,应要求学生小心使用防止损坏。

2、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。

3、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。

五、一些思考

5.1  根据教材提供的材料,回顾本人做的三个实验,“实验一”反应迅速,耗时短;实验原理简单易理解等。但终点判断不很容易,实验误差相对较大。“实验二”我把它作为判定镀锌层标准厚度的基准实验。实验原理简单,但费时。而且经过实验,发现该实验也不很精确。有的老师认为铁不与氢氧化钠反应,反应时间长一些,可以确保锌层的反应完全,从而确保精确度。通过实验后发现反应的溶液中有大量的Fe3+,说明合金上的铁元素也参与了反应),致使锌层会变厚,精确度下降。“实验三”反应迅速,耗时短;实验原理简单易理解等。且终点容易判断,实验误差相对较小。根据原电池原理,只要有锌存在,铁不可能参与反应。但实际上铁肯定要参与反应,只是少一些反应,所以Fe2+很快会产生,但看不到黄色。当出现黄色时,说明有较多的Fe3+,说明有大量的铁开始参与反应,此时说明锌已反应完。立即取出,误差较小。

5.2  借签省级培训材料,使用螺旋测微仪也是一个较好的方法。螺旋测微仪精确到0.01mm,因此可以读数到0.001mm。方法是: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)。具体比较见下表。

数据记录

镀锌铁皮

质量(g)

面积(mm2)

厚度*(mm)

反应前

2.761

2745

0.131

反应后

2.480

o.118

 

数据处理

锌镀层厚度(mm)

依据 h =m/(2ρS)(锌的密度ρ=7.14g/cm3)

 h =(.61-2.480)/(2·7.14·103·2745)=0.0071mm

锌镀层厚度(mm)

依据厚度差的1/2即为镀锌铁皮的锌镀层厚度(h)

 h =(0.131-0.118)/2=0.0065mm

 

注:测定厚度为四次测定(铁皮上均匀取如下图四个点)的平均值

 

 

 

 

通过上表可以看出,此法操作简便,设备要求较低,对部分没有电子天平的学校来说,不失为一种好的方法.我也直接用螺旋测微器尝试了好几组实验,都可以得到大致结果,但相对来说误差还是比较大的,大概在10%左右.当然以上方法只代表我的个人看法,是否有其它的更好的测定方法有待广大教师进一步研究和探讨。

 

 

 

拓展课题6-2 水果中维生素C含量的测定

一、实验原理

向一定体积的Vc标准溶液中滴加稀碘水,用淀粉作指示剂,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

在一定体积的果汁中,用淀粉作指示剂,滴加相同浓度的碘水,记录溶液呈蓝色且半分钟内不褪色时消耗碘水的体积V2。根据两次反应消耗碘水的体积的比值,可粗略测定出水果中Vc的含量。

Vc的含量= V2/ V1·a

二、实验步骤

1.维生素C标准溶液的配制 称取5片Vc片,总质量为680mg,配成250mL溶液。

a = 136mg/L

2.果汁(或蔬菜汁)的准备

3. 维生素C药片中维生素C含量的测定

4.果汁或蔬菜汁中维生素C含量的测定

5.计算蔬菜或水果中维生素C的含量

 

 

 

 

编号

滴定前的

读数/mL

滴定后的

读数/mL

消耗碘溶液

的体积/ mL

消耗碘溶液体积

的平均值/ mL

维生素C标准溶液

1

0

20.00

26.50

 

  26.60

2

0

20.00

26.70

橙汁

 

3

0

20.00

0.55

   0.56

4

0

20.00

0.57

大白菜蔬菜汁

5

0

20

0.11

0.105

6

0

20

0.10

橙汁中维生素C的含量=   290        mg·L-1

大白菜蔬菜汁C的含量=   2.68       mg·L-1

附照片

三、注意事项

   1、因Vc很容易被氧化,整个实验动作要快,且蒸馏水最好采用新煮沸而迅速冷却的。

   2、超市买的橙汁较粘稠,过滤很慢,可适当稀释。

   3、蔬菜汁的准备较费时,可将蔬菜切(剪)碎,加少量蒸馏水,然后在榨汁机进行。(不过可能导致氧化加速)

 

 

 


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