Question

某學習小組的三位同學為測定鍍鋅鐵皮的鋅鍍層的厚度，提出了各自的設計方案．（忽略鋅鍍層的氧化）
（1）甲同學的方案是先用鹽酸將鍍鋅鐵皮表面的鋅反應掉，通過差量計算出鋅的質量，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算得到鋅層的厚度．在實際操作中，甲同學的方案存在一個很大的問題是

 

．
（2）乙同學是通過查閱資料，知道Zn（OH）₂既可以與酸也可與堿反應，于是設計了如下方案：
足量5%鹽酸①過量氫氧化鈉②鍍鋅鐵皮金屬全部溶解沉淀Fe₂O₃固體③烘干、灼燒 ④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）．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量為28.156g，最后稱得灼燒后固體的質量為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）丙同學的方案是通過如圖所示裝置，測量鍍鋅鐵皮與強酸反應產生氣體的質量來計算鋅層的厚度．己知鍍鋅鐵皮質量為18.200g，加入稀硫酸質量為140g，則稀硫酸的質量百分比濃度至少應大于

 

．若改用濃鹽酸，則測出鋅的厚度會

 

（填“偏大”、“偏小”、或“無影響”）．
（4）實驗后，將乙同學和丙同學的結果進行比較，發現他們對同種鍍鋅鐵皮的測量結果差異很大，你認為誰的方案更加可靠呢？

 

．原因是

 

．

Answer 1

分析：（1）根據鐵也會與鹽酸反應產生氫氣，因此很難判斷什么時候鋅正好反應掉而鐵沒有反應進行解答；
（2）根據溶質質量不變、配置過程的中用到的儀器以及氧化鐵的質量求出鐵的質量進而求出鋅的質量進行解答；
（3）根據鹽酸的揮發性和實驗數據的可測量性分析；
（4）根據裝置的特點和反應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產生氫氣，因此很難判斷什么時候鋅正好反應掉而鐵沒有反應；
（2）設需取用36.5%（ρ=1.181g/cm³）的鹽酸的質量為x
5%×1L×1.025g/cm³=36.5%×x
x=140.4g
鹽酸的體積=

140.4g

1.181g/cm3

=118.9mL
由題意知40.000g為氧化鐵的質量，所以鐵的質量=40.000g×

56×2

56×2+16×3

×100%=28.000g
所以鋅的質量=28.156g-28.000g=0.156g
設鋅層的厚度為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）根據同質量的鋅和鐵反應消耗硫酸的質量，鐵消耗硫酸的質量多，所以假設18.200g全部是鐵，設消耗硫酸的質量分數為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，因為濃鹽酸具有揮發性，會使得測的氣體的質量偏大，所以導致鋅的質量偏大，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后產生氫氣質量的改變非常微小，對稱量的要求很高．另外在實驗的過程中隨著氣體的產生也會帶走水蒸氣，造成實驗結果的不可靠，所以乙同學的測量方案更加可靠．
故答案為：
（1）由于鐵也會與鹽酸反應產生氫氣，因此很難判斷什么時候鋅正好反應掉而鐵沒有反應．
（2）118.9；量筒、玻璃棒；洗滌（1分）；4.28μm．
（3）22.75%；偏大．
（4）乙同學；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后產生氫氣質量的改變非常微小，對稱量的要求很高．另外在實驗的過程中隨著氣體的產生也會帶走水蒸氣，造成實驗結果的不可靠．

點評：此題通過多個實驗設計來驗證鐵片鍍鋅的厚度，要從實驗的可操作性，嚴密性，準確性等方面進行分析解答．