借助壓強(qiáng)傳感器測(cè)定鐵皮鍍鋅層厚度*

摘要：針對(duì)“鍍鋅鐵皮鍍鋅層厚度測(cè)定實(shí)驗(yàn)”憑肉眼觀(guān)察易發(fā)生判斷錯(cuò)誤并造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大的弊病，對(duì)實(shí)驗(yàn)做了改進(jìn)。將鍍鋅鐵片與鹽酸的反應(yīng)置于密閉的集氣瓶中進(jìn)行，采用壓強(qiáng)傳感器監(jiān)測(cè)反應(yīng)開(kāi)始后集氣瓶?jī)?nèi)氫氣壓強(qiáng)的變化，同時(shí)配合肉眼觀(guān)察，當(dāng)氣體壓強(qiáng)在短時(shí)間內(nèi)（15～25秒）基本不變時(shí)定為鋅層反應(yīng)結(jié)束的依據(jù)。計(jì)算結(jié)果表明，用此方法可顯著提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度。

關(guān)鍵詞：鐵皮鍍鋅層；厚度測(cè)定；壓強(qiáng)傳感器；化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005–6629（2013）11–0057–02 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

上海高三化學(xué)教材第212頁(yè)[1]“鍍鋅鐵皮鍍鋅層厚度測(cè)定實(shí)驗(yàn)”是將鍍鋅鐵片與鹽酸反應(yīng)， 其鋅層產(chǎn)生氫氣的速率比鐵層大， 所以鍍鋅鐵片開(kāi)始與酸反應(yīng)時(shí)速率很大，而后會(huì)突然減小。教材選用了觀(guān)察產(chǎn)生的氫氣氣泡多少的方法來(lái)作判斷，在反應(yīng)突然減慢的瞬間認(rèn)為是鍍鋅層反應(yīng)完成的標(biāo)志。實(shí)驗(yàn)操作發(fā)現(xiàn)較難判斷反應(yīng)突然減慢的瞬間，若判斷錯(cuò)誤，過(guò)早或過(guò)晚將鐵片與酸脫離，就會(huì)造成誤差。本文實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)把鍍鋅鐵片與鹽酸的反應(yīng)置于密閉集氣瓶中進(jìn)行，采用壓強(qiáng)傳感器監(jiān)測(cè)瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)的變化規(guī)律，同時(shí)配合肉眼觀(guān)察反應(yīng)突然減慢，短時(shí)間內(nèi)（本次實(shí)驗(yàn)為15～25秒）氣體壓強(qiáng)基本不變的時(shí)刻說(shuō)明鋅層反應(yīng)結(jié)束，鐵與酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣量非常少以至于傳感器沒(méi)有檢測(cè)到其變化，該數(shù)字信號(hào)作為鍍鋅層反應(yīng)完成的依據(jù)可使實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度顯著提高。為15～25秒）不變的時(shí)刻，同時(shí)配合肉眼觀(guān)察反應(yīng)突然減慢，說(shuō)明鋅層反應(yīng)結(jié)束，鐵與酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣很少以至于傳感器檢測(cè)不到，該信息可作為鍍鋅層反應(yīng)完成的信號(hào)。再經(jīng)過(guò)快速取出鐵片，用自來(lái)水沖洗掉附著的酸液，在石棉網(wǎng)上用酒精燈火焰烘干，冷卻后用電子天平稱(chēng)量出m2，可使實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度顯著提高。

2 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

鍍鋅鐵皮、尺、電子天平、量筒、朗威DIS壓強(qiáng)傳感器、朗威DIS數(shù)據(jù)采集器、電腦、鑷子、石棉網(wǎng)、酒精燈、三角架、火柴、自來(lái)水、6 mol/L鹽酸、集氣瓶帶單孔塞玻璃彎管。

3 實(shí)驗(yàn)操作步驟

（1）取兩片鍍鋅鐵片（A、B），分別用尺量出長(zhǎng)與寬（精確到0.1 cm）。鍍鋅鐵片A：長(zhǎng)2.75 cm，寬1.05 cm。鍍鋅鐵片B：長(zhǎng)2.50 cm，寬1.25 cm。

（2）將兩片鍍鋅鐵片（A、B）放在電子天平上稱(chēng)量。鍍鋅鐵片A：m1（A）=1.881 g。鍍鋅鐵片B：m1（B）=2.091 g。

（3）將鍍鋅鐵片A放入集氣瓶中，然后加入約6 mol/L 的鹽酸15 mL，塞緊橡皮塞，如圖1所示裝置（預(yù)先已檢查好氣密性）。當(dāng)電腦軟件顯示壓強(qiáng)值不再增加時(shí)迅速用鑷子將鐵片取出，立即用自來(lái)水沖洗掉附著的酸液。

4 數(shù)據(jù)分析和處理：

表1為鍍鋅鐵片A與鹽酸反應(yīng)的壓強(qiáng)與時(shí)間變化表格，右邊為每隔5秒鐘自動(dòng)采集時(shí)的時(shí)間t，左邊為集氣瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)的數(shù)值?？梢?jiàn)在103.8 kPa處壓強(qiáng)長(zhǎng)時(shí)間不變，可認(rèn)為是鍍鋅層與酸反應(yīng)完成的標(biāo)志。在第5個(gè)103.8 kPa處確定鋅與鹽酸反應(yīng)結(jié)束。從判斷出該點(diǎn)到動(dòng)手取鐵片的幾秒鐘內(nèi)集氣瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)略有上升，說(shuō)明鐵已經(jīng)開(kāi)始與鹽酸反應(yīng)。若是用肉眼觀(guān)察該點(diǎn)就難以找到可靠數(shù)據(jù)。

表2為鍍鋅鐵片B與鹽酸反應(yīng)的壓強(qiáng)時(shí)間變化表格，右邊為每隔5秒鐘自動(dòng)采集時(shí)的時(shí)間t，左邊為集氣瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)的數(shù)值。可見(jiàn)在103.1 kPa處壓強(qiáng)長(zhǎng)時(shí)間不

（2）根據(jù)這兩組的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，在鍍鋅鐵片面積與樣品基本相同的情況下，若每5秒采集一次數(shù)據(jù)有3次壓強(qiáng)數(shù)值不變即可判斷為鋅層反應(yīng)完的標(biāo)志，在10秒內(nèi)把鐵片從鹽酸中取出會(huì)準(zhǔn)確度更高。

6 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新之處

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本次標(biāo)本鍍鋅層厚度為0.000315 cm左右，非常薄，若用肉眼觀(guān)測(cè)法確定酸與鋅層何時(shí)反應(yīng)結(jié)束會(huì)造成較大的誤差。本實(shí)驗(yàn)把鍍鋅鐵片與鹽酸反應(yīng)在密閉集氣瓶中進(jìn)行，采用壓強(qiáng)傳感器監(jiān)測(cè)瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)的變化規(guī)律，同時(shí)配合肉眼觀(guān)察反應(yīng)突然減慢，短時(shí)間內(nèi)（本次實(shí)驗(yàn)為15～25秒）氣體壓強(qiáng)基本不變的時(shí)刻，說(shuō)明鋅層已經(jīng)反應(yīng)完，鐵與酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣量非常少以至于傳感器沒(méi)有檢測(cè)到其變化，該數(shù)字信號(hào)作為鍍鋅層反應(yīng)完成的依據(jù)可使實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度顯著提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚子鵬主編.高中化學(xué)拓展型課程教材（試用本）[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2010：212.