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镀锌铁皮锌镀层厚度的测定
学习目标：
1．学会设计用化学方法测定镀锌铁皮锌镀层厚度的多种实验方案，能根据实验条件比较方案的优劣。
2．学会用化学方法测镀锌铁皮锌镀层厚度。
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．通过实验了解镀锌铁皮锌镀层厚度测定基本思路，学习用化学定量分析方法解决实际问题 学习科学研究的方法和误差分析的方法。
情感目标：培养积极探究的精神和通过实验学习化学的方法。
学习重点难点：镀锌铁皮锌厚度测定实验方案设计；实验步骤的确定，误差分析。
实验原理：
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。
学习过程：
实验步骤：
问题：展示：一块铁片（长方形），我们怎样通过实验，测定镀层的厚度？
学生可能的回答：
方案一：直接用尺测
讨论：除了直接测量厚度，还有什么间接方法？
方案二：测出m(总)、V（总）
方案三：将铁表面的锌反应掉，求出锌的质量
思考：用什么物质可以把锌反应完？
试剂1：盐酸
问题：如何判断锌恰好反应完？
试剂2：氢氧化钠
（资料：锌能与氢氧化钠反应）
问题：用盐酸、氢氧化钠哪种试剂更有利于准确测定锌层厚度？
问题：能否设计一个实验让铁也参与反应，求出锌的质量？
方案四：将金属全部与酸反应，测出m(总)、m (氢气)
m(锌)+ m(铁)= m(总)
n(锌)+ n(铁)= m(氢气)/M(氢气)
问题：如何准确的测定产生氢气的质量？
以方案三为例学生设计实验步骤 (演示：镀锌铁片放到盐酸中)。
师生共同分析实验过程中哪些操作会给实验带来误差归纳整理定量实验注意事项：略。
如何把握实验关键点：此课题可做以下三个实验：
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
镀锌铁皮B
镀锌铁皮C
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：
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
镀锌铁皮B
镀锌铁皮C
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
镀锌铁皮B
镀锌铁皮C
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 =(２.７6１－２.４８0)/(2·7.14·103·２７４５)=0.0０７1７mm
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。
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