镀锌铁皮镀层厚度的测定

6-2镀锌铁皮镀层厚度的测定
温岭中学 陈均辉
本课题是继食醋总酸含量测定后的定量实验。定量分析实验在科学研究中占有极其重要的地位。本课题主要介绍定量分析的一般过程，定量分析实验方案的设计、常用定量分析仪器——电子天平的使用方法，以及如何记录和处理数据，如何书写物质的定量分析实验报告等。是全书两个定量分析实验的其中一个。建议用1课时完成。
一、实验目标
（1）初步学会用电子天平称量物质的质量。
（2）学会用化学方法测定镀锌铁皮的锌镀层厚度。
（3）了解测定过程中产生误差的原因，并能对实验中的数据进行处理。
（4）学会书写定量测定与分析实验报告。
二、实验预习
在“知识预备”部分的教学中，我们首先要引导学生复习铁的性质和探究锌的性质，复习原电池工作原理、电镀的目的等，使学生不仅掌握教材上介绍的测定原理和测定方法，而且让学生自己设计实验方案，并进行预备实验，通过分析比较找出操作方便省时、装置简单的测定方法。在数据记录与处理的教学中，建议教师提醒学生注意数据的记录与仪器的精密度相吻合。
三、实验仪器及药品（或用品）
电子天平、烧杯、镊子、直尺（精密度为1mm）、6mol.L-1的盐酸、酒精灯、三脚架、石棉网、滤纸等。
四、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）来测定镀锌铁皮的锌镀层厚度。即：
h=△m/（2ρS）
五、操作要点：
1．准确量取一定面积的铁皮
2．准确判断反应终点。反应终点的实验现象：镀锌铁片在HC1中产生H2的速率明显减少，并且颜色变暗。若判断过早则锌溶解不完全；判断过迟会使部分铁溶解，这样都会使实验的准确度下降。
3．镀锌铁片反应前后质量的精确测量与读数，尤其反应后从酸液中取出的铁皮应先用蒸馏水冲洗，再用滤纸吸干，然后加热烘干，冷却后称量。
六、思考与建议
该实验依据教材提供的实验方案具有以下一些优点：反应迅速，耗时短；终点容易判断；实验原理、装置简单易理解等。
在此前的学习中，学生已经了解了锌、铁的一些物理化学性质，同时也学习了电化学的相关内容，因此，在本节教学中不必过多的介绍锌的电化学腐蚀原理。本节的重点在于培养学生的设计实验和数据处理的能力。在前面一个课题的学习中学生已经初步了解了一些有关物质的定量分析的一般方法。所以在教学过程中引导学生应用定量分析实验的一般方法展开对本课题内容的学习与研究。
本课题安排在食醋总酸含量的测定之后，学生将会对物质的定量分析有了新的认识，同时也会丰富学生定量分析的思维。本课题在结构上作了一些突破，课题中除了提供了“知识预备”中的“锌的电化学腐蚀”相关知识外，同时还在“检索咨询”里介绍了测定锌镀层的其它方法。如利用锌能溶解于NaOH溶液，而铁不能在其中溶解的性质，再测反应前后的质量差。这样可促使学生思考还有哪些方法可以完成对锌镀层厚度的测定，从而营造了一个积极思维、勇于探索的学习氛围。
本实验用到了精度达0.001g的电子天平。由于老教材中的化学实验并不需要该仪器，所以很多学校目前可能没有该仪器。这样该实验便无法按照刚才所述原理进行。我们可以用另一种方法测量其厚度——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 9.755 2500 0.475
反应后 9.505 0.461
数据处理 锌镀层厚度（mm） 依据h=△m/（2ρS）（锌的密度ρ=7.14g/cm3）h=（9.755-9.505）/（2·7.25·103·1708.5）=0.007mm
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=（0.475-0.461）/2=0.007 mm
注：测定厚度为镀锌铁皮上随机取五个点的平均值
分析两种方法的实验结果可知，依据教材所提供的方法和直接用螺旋测微器测厚度所得到的结果非常接近。再重复以上比较实验，同样得到了非常接近的结果。所以，在实际操作中可以用螺旋测微器直接测定的方法代替教材提供的方法。
七、探索其它实验方案
方案1：将镀锌铁片投入足量的6mol·L-1盐酸中，使其完全溶解，通过测量生成氢气的体积，计算出铁片上的锌的质量。
方案2：将镀锌铁片投入足量的6mol·L-1盐酸中，使其完全溶解，再在所得溶液中加入过量的NaOH溶液，将沉淀过滤，待滤渣烘干、灼烧后，再称量。
方案3：将镀锌铁片投入足量的6mol·L-1NaOH溶液中，待充分反应后，取出铁片，用水冲洗、烘干后，再称量。
方案4：将镀锌铁片与另一块纯铁片用一根导线连接起来，放入盛有3mol·L-1硫酸亚铁溶液的烧怀中，过一段时间后，取了铁片，用水冲洗、烘干后，再称量。
方案5：将镀锌铁片与石墨用一根导线连接起来，放入盛有6mol·L-1NaOH溶液中，当石墨棒过一段时间后，取出铁片，用水冲洗、烘干后，再称量。
学生根据自己设计的方案进行实验，实验结束后，再通过：实验所需时间、终点的现象、装置和操作的复杂程度、准确度等让学生对自己的实验方案和其他同学的实验方案进行对比，最后得出的结论：
方案1：要使整个一块镀锌铁片完全反应完，需要很长时间，且测量气体体积时容易产生误差。
方案2：操作麻烦，且过滤时的滤渣很难刮干净，不可避免有少量留在滤纸上，因此实验精确度不高。
方案3：操作简单，但反应速率很慢，即使加热、增大NaOH溶液度，反应速率仍很慢。
方案4：设计合理，但不易判断锌什么时候反应完。
方案5：该操作较简单，且实验精确度较高。（事实速率也较慢）
除以上方案外，还可引导学生去查找资料，寻找一种金属活泼性介于锌与铁之间，然后可利用该金属与镀锌铁皮组成原电池进行实验。