Question

某學(xué)習(xí)小組的三位同學(xué)為測定鍍鋅鐵皮的鋅鍍層的厚度，提出了各自的設(shè)計(jì)方案．（忽略鋅鍍層的氧化）
（1）甲同學(xué)的方案是先用鹽酸將鍍鋅鐵皮表面的鋅反應(yīng)掉，通過差量計(jì)算出鋅的質(zhì)量，然后再由鋅的密度算出鋅層的體積，最后由體積除以鍍鋅鐵皮的面積計(jì)算得到鋅層的厚度．在實(shí)際操作中，甲同學(xué)的方案存在一個很大的問題是

 

．
（2）乙同學(xué)是通過查閱資料，知道Zn（OH）₂既可以與酸也可與堿反應(yīng)，于是設(shè)計(jì)了如圖1方案：

配制5%的鹽酸1L （ρ=1.025g/cm³ ），需取用36.5%（ρ=1.181g/cm³）的鹽酸

 

mL（保留一位小數(shù)）．配制過程中用到的玻璃儀器，除燒杯外，還有

 

．步驟③的操作是

 

．
若使用的鍍鋅鐵皮的質(zhì)量為28.156g，最后稱得灼燒后固體的質(zhì)量為40.000g，鍍鋅鐵皮的長5.10cm，寬5.00cm，鋅的密度為7.14g/cm³，則鋅層的厚度為

 

．
（3）丙同學(xué)的方案是通過圖2所示裝置，測量鍍鋅鐵皮與強(qiáng)酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體的質(zhì)量來計(jì)算鋅層的厚度．己知鍍鋅鐵皮質(zhì)量為18.200g，加入稀硫酸質(zhì)量為140g，則稀硫酸的質(zhì)量百分比濃度至少應(yīng)大于

 

．
若改用濃鹽酸，則測出鋅的厚度會

 

（填“偏大”、“偏小”、或“無影響”）．
（4）實(shí)驗(yàn)后，將乙同學(xué)和丙同學(xué)的結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)他們對同種鍍鋅鐵皮的測量結(jié)果差異很大，你認(rèn)為誰的方案更加可靠呢？
原因是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與評價,一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液的配制,有關(guān)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的簡單計(jì)算,金屬的化學(xué)性質(zhì)

專題：簡單實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評價

分析：（1）根據(jù)鐵也會與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，因此很難判斷什么時候鋅正好反應(yīng)掉而鐵沒有反應(yīng)進(jìn)行解答；
（2）根據(jù)溶質(zhì)質(zhì)量不變、配置過程的中用到的儀器以及氧化鐵的質(zhì)量求出鐵的質(zhì)量進(jìn)而求出鋅的質(zhì)量進(jìn)行解答；
（3）根據(jù)鹽酸的揮發(fā)性和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可測量性分析；
（4）根據(jù)裝置的特點(diǎn)和反應(yīng)過程中氣體體積變化分析．

解答：解：（1）由于鐵也會與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，因此很難判斷什么時候鋅正好反應(yīng)掉而鐵沒有反應(yīng)；
（2）設(shè)需取用36.5%（ρ=1.181g/cm³）的鹽酸的質(zhì)量為x
5%×1L×1.025g/cm³=36.5%×x
x=140.4g
鹽酸的體積=

140.4g

1.18g/cm3

=118.9mL
由題意知40.000g為氧化鐵的質(zhì)量，所以鐵的質(zhì)量=40.000g×

56×2

56×2+16×3

×100%=28.000g
所以鋅的質(zhì)量=28.156g-28.000g=0.156g
設(shè)鋅層的厚度為y
則0.156g=5.10cm×5.00cm×y×2×7.14g/cm³，
y=0.000428cm=4.28μm
配制過程中用到的玻璃儀器，除燒杯外，還有量筒、玻璃棒．步驟③的操作是洗滌．
（3）根據(jù)同質(zhì)量的鋅和鐵反應(yīng)消耗硫酸的質(zhì)量，鐵消耗硫酸的質(zhì)量多，所以假設(shè)18.200g全部是鐵，設(shè)消耗硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為z
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑．
56       98
18.20g   140g×z

56

18.20g

=

98

140g×z

z=22.75%
若改用濃鹽酸，因?yàn)闈恹}酸具有揮發(fā)性，會使得測的氣體的質(zhì)量偏大，所以導(dǎo)致鋅的質(zhì)量偏大，所以測出鋅的厚度會偏大；
（4）鋅和鐵的原子量差異不大，鍍鋅鐵皮中兩者的比例的改變造成與酸反應(yīng)后產(chǎn)生氫氣質(zhì)量的改變非常微小，對稱量的要求很高．另外在實(shí)驗(yàn)的過程中隨著氣體的產(chǎn)生也會帶走水蒸氣，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不可靠，所以乙同學(xué)的測量方案更加可靠．
故答案為：
（1）由于鐵也會與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，因此很難判斷什么時候鋅正好反應(yīng)掉而鐵沒有反應(yīng)．
（2）118.9；量筒、玻璃棒；洗滌；4.28μm．
（3）22.75%；偏大．
（4）乙同學(xué)；鋅和鐵的原子量差異不大，鍍鋅鐵皮中兩者的比例的改變造成與酸反應(yīng)后產(chǎn)生氫氣質(zhì)量的改變非常微小，對稱量的要求很高．另外在實(shí)驗(yàn)的過程中隨著氣體的產(chǎn)生也會帶走水蒸氣，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不可靠．

點(diǎn)評：此題通過多個實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來驗(yàn)證鐵片鍍鋅的厚度，要從實(shí)驗(yàn)的可操作性，嚴(yán)密性，準(zhǔn)確性等方面進(jìn)行分析解答．