Question

【題目】某研究性學(xué)習(xí)小組對過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物成分進(jìn)行研究。

（1）提出假設(shè)①該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO2；②該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO。

③該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是 。

（2）設(shè)計方案，如圖所示，將一定量的氧化鐵在隔絕空氣的條件下與過量炭粉完全反應(yīng)，測定參加反應(yīng)的碳元素與氧元素的質(zhì)量比。

（3）查閱資料

氮氣不與碳、氧化鐵發(fā)生反應(yīng)。實驗室可以用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO2）飽和溶液混合加熱反應(yīng)制得氮氣。

請寫出該反應(yīng)的離子方程式： 。

（4）實驗步驟

①按上圖連接裝置，并檢查裝置的氣密性，稱取3.20g氧化鐵、2.00g碳粉混合均勻，放入48.48g的硬質(zhì)玻璃管中；

②加熱前，先通一段時間純凈干燥的氮氣；

③停止通入N2后，夾緊彈簧夾，加熱一段時間，澄清石灰水（足量）變渾濁；

④待反應(yīng)結(jié)束，再緩緩?fù)ㄈ胍欢螘r間的氮氣。冷卻至室溫，稱得硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量為52.24g；

⑤過濾出石灰水中的沉淀，洗滌、烘干后稱得質(zhì)量為2.00g。

步驟②、④中都分別通入N2，其作用分別為 。

（5）數(shù)據(jù)處理

試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，寫出該實驗中氧化鐵與碳發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式： 。

（6）實驗優(yōu)化 學(xué)習(xí)小組有同學(xué)認(rèn)為應(yīng)對實驗裝置進(jìn)一步完善。

①甲同學(xué)認(rèn)為：應(yīng)將澄清石灰水換成Ba(OH)2溶液，其理由是 。

②從環(huán)境保護(hù)的角度，請你再提出一個優(yōu)化方案將此實驗裝置進(jìn)一步完善： 。

Answer 1

【答案】（本題共16分）

（1）CO2、CO的混合物

（3）NH4++NO2—N2↑+2H2O

（4）步驟②中是為了排盡空氣；步驟④是為了趕出所有的CO2，確保完全吸收

（5）2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑

（6）①Ba(OH)2溶解度大，濃度大，使CO2被吸收的更完全；M (BaCO3)＞M(CaCO3)，稱量時相對誤差小。

②在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置

【解析】試題分析：（1）過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物可能有：①CO、②CO2、③CO2、CO的混合物三種情況；

（3）氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO2）飽和溶液混合加熱反應(yīng)可以制得氮氣；

（4）⑤根據(jù)前后兩次通入氮氣的時間和減小實驗誤差角度來分析；

（5）根據(jù)質(zhì)量守恒判斷氣體的組成，根據(jù)質(zhì)量關(guān)系計算氣體的物質(zhì)的量之間的關(guān)系，進(jìn)而書寫化學(xué)方程式；

（6）①根據(jù)氫氧化鈣和氫氧化鋇的本質(zhì)區(qū)別來思考；

②一氧化碳是一種有毒氣體，可以通過點燃來進(jìn)行尾氣處理．

解：（1）過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物可能有：①CO、②CO2、③CO2、CO的混合物，

（3）氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO2）飽和溶液混合加熱反應(yīng)制得氮氣，反應(yīng)物有NH4Cl和NaNO2，生成物為N2，根據(jù)質(zhì)量守恒還應(yīng)用水，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH4++NO2﹣N2↑+2H2O，

（4）如果不排盡空氣，那么空氣中的氧氣會與炭粉反應(yīng)影響反應(yīng)后生成氣體的組成，所以利用穩(wěn)定的氮氣排空氣，最后確保完全吸收，反應(yīng)后還要趕出所有的CO2，

（5）3.20g氧化鐵的物質(zhì)的量為==0.02mol，澄清石灰水變渾濁，說明有CO2氣體生成，則n（CO2）=n（CaCO3）==0.02mol，m（CO2）=0.02mol×44g/mol=0.88g，

反應(yīng)后硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量變化為1.44g大于0.88g，

則生成其氣體為CO2、CO的混合物，

設(shè)混合氣體中含有ymolCO，

則0.88g+28yg=1.44g，

y=0.02mol，

所以CO、CO2的混合氣體物質(zhì)的量比為1：1，所以方程式為 2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑，

（6）①將澄清石灰水換成Ba（OH）2溶液，這樣會使二氧化碳被吸收的更完全，稱量時相對誤差小，②一氧化碳是一種有毒氣體，可以通過點燃來進(jìn)行尾氣處理或增加一尾氣處理裝置.