Question

2．“白鐵皮”具有較強的耐腐蝕性，是生產中常用的金屬材料之一．鍍鋅層猶如鐵皮的保護層，這層膜的厚度及均勻度也成了判斷鍍層質量的重要指標．某研究性學習小組為了測定鍍鋅鐵皮的厚度，設計了下面的實驗方案：
方案一：取三塊鍍鋅鐵皮（A、B、C，截自同一塊鍍鋅鐵皮），將鍍鋅鐵皮A放入燒杯中，加入40mL 6mol•L^-1鹽酸，反應時用玻璃棒小心翻動鍍鋅鐵皮，待鋅鍍層反應完全時，立即將未反應的鐵皮取出，洗滌、小心烘干、稱量．將B、C重復上面的實驗．
（1）鋅鍍層完全反應的標志是生成氫氣的速率突然減慢．
（2）如何檢驗鐵片已經洗凈取最后一次洗滌液，加入硝酸銀溶液，無白色沉淀產生，則鐵片已洗凈
方案二：已知鋅與強堿溶液反應的離子方程式為：Zn+2OH^-+2H₂O=[Zn（OH）₄]^2-+H₂↑．某同學按右圖裝置設計了測定鍍鋅鐵皮鍍層厚度的實驗方案，將單側面積為S cm²、質量為mg的鍍鋅鐵皮放入6mol•L^-1 NaOH溶液中．回答下列問題：
（3）裝置中導管a的作用是使分液漏斗和錐形瓶內氣壓相同，氫氧化鈉溶液能順利滴下．
（4）檢查氣密性，將藥品和水裝入各儀器中，連接好裝置后，需進行的操作還有：
①記錄C的液面位置；②待B中不再有氣體產生并恢復至室溫；③由A向B中滴加足量NaOH溶液；④上下移動C，使干燥管和C中液面相平．
上述操作的順序是④①③②④①（填序號，序號可重復使用）．
（5）實驗前后堿式滴定管中液面讀數分別為V₁ mL、V₂ mL（已知Zn的密度為7.14g/cm³，實驗條件的氣體摩爾體積為V_m L/mol）．則鍍鋅鐵皮的鍍層厚度為$\frac{\frac{V{\;}_{1}-V{\;}_{2}}{1000V{\;}_{m}}×65}{2S×7.14}$cm．（寫出數學表達式）

Answer 1

分析 （1）當鋅鍍層完全反應后就是鐵與鹽酸反應，由于鋅和鐵的活潑性不同，反應速率就不同，據此判斷；
（2）檢驗洗滌液中氯離子的存在與否來檢驗是否洗凈；
（3）裝置中導管a的作用是保持壓強相同是氫氧化鈉順利從分液漏斗滴下；
（4）本實驗的關鍵是測量氣體的體積，所以是開始先把量氣管兩端液面相平后，讀數記錄，加入氫氧化鈉溶液到不再有氣體放出，恢復室溫再把量氣管連段液面相平再讀數；
（5）依據鋅鍍層厚度=$\frac{V}{S}$，鋅的體積=$\frac{m}{ρ}$，鋅的質量=n（Zn）×M（Zn），反應的鋅和生成的氫氣物質的量相同．

解答 解：（1）當鋅鍍層完全反應后就是鐵與鹽酸反應，由于鋅和鐵的活潑性不同，反應速率就不同，測定試樣與6mol/L鹽酸溶液反應前后固體的質量變化，反應完全是不再生成氫氣；
故答案為：生成氫氣的速率突然減慢；
（2）從溶液中取出的鐵片必然帶有鹽酸及其鹽，當洗凈時也就是不再含有鹽酸及其鹽，所以檢驗鐵片是否洗凈就是檢驗氯離子，也可檢驗其酸性；檢驗鐵片已洗凈的方法是檢驗洗滌液中是否含有氯離子，取最后一次洗滌液，加入硝酸銀溶液，無白色沉淀產生，則鐵片已洗凈，
故答案為：取最后一次洗滌液，加入硝酸銀溶液，無白色沉淀產生，則鐵片已洗凈；
（3）裝置中導管a的作用是使分液漏斗和錐形瓶內氣壓相同，氫氧化鈉溶液能順利滴下；
故答案為：使分液漏斗和錐形瓶內氣壓相同，氫氧化鈉溶液能順利滴下；
（4）根據此裝置的原理，應兩次記錄C中的讀數，取其差值就是所得氣體的體積，所以第一步就應該是④，然后是①記錄C的液面位置；再就是③由A向B中滴加足量NaOH溶液；②待B中不再有氣體產生并恢復至室溫，把量氣管④上下移動C，使干燥管和C中液面相平，最后是①記錄C的讀數來計算；
故答案為：④①③②④①；
（5）V（H₂）=（V₂-V₁） mL，n（Zn）=n（H₂）=$\frac{V{\;}_{2}-V{\;}_{1}}{1000•V{\;}_{m}}$，m（Zn）=65 g•mol^-1 n（Zn）=$\frac{V{\;}_{2}-V{\;}_{1}}{1000•V{\;}_{m}}$×65g，鋅的密度是7.14 g•cm^-3，所以V（Zn）=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{m（Zn）}{7.14}$；由于鐵片表面有上、下兩層，所以每一層的厚度h=$\frac{V（Zn）}{2S}$=$\frac{\frac{V{\;}_{1}-V{\;}_{2}}{1000V{\;}_{m}}×65}{2S×7.14}$；
故答案為：$\frac{\frac{V{\;}_{1}-V{\;}_{2}}{1000V{\;}_{m}}×65}{2S×7.14}$．

點評 本題考查了物質性質的實驗設計和步驟分析判斷，裝置分析是解題關鍵，注意金屬厚度的計算方法應用，題目難度中等．