Question

某化學興趣小組對過量炭粉與氧化鐵反應產物中氣體的成分進行研究。

（1）假設該反應的氣體產物全部是二氧化碳。
（2）設計方案：將一定量氧化鐵在隔絕氧氣的條件下與過量炭粉完全反應，測定參加反應的碳元素與氧元素的質量比。
（3）查閱資料：氮氣不與炭、氧化鐵發生反應，可用來隔絕氧氣。
（4）實驗：

操作步驟和實驗現象	簡答
①稱取3.2 g氧化鐵與2 g炭粉均勻混合，放入48.48 g的玻璃管中，按上圖裝置連接	①寫出裝置中編號儀器的名稱： A__________，B__________
②加熱前，先通入一定量純凈、干燥的氮氣	②其目的是_______________
③夾緊T處彈簧夾，加熱一段時間，澄清石灰水變渾濁	③該現象說明__________
④完全反應后，冷卻至室溫，稱得玻璃管和固體的總質量為52.24 g	—

(5)數據處理：經計算，參加反應的碳元素質量為_________g,氧元素質量為____________g。
（6）結論：根據數據處理結果，得出原假設不成立，理由是_____________________________。

Answer 1

（4）①鐵架臺 試管
②排除裝置中的空氣，防止O₂與炭粉及生成的鐵反應
③炭粉與Fe₂O₃反應產生了CO₂氣體
（5）0.36  0.96
(6)理論上生成CO₂的質量小于實際減少的質量

本題為研究性實驗題。設計的實驗裝置中有空氣存在時，其中的氧氣可與炭粉及反應生成的鐵發生反應，而影響測定結果，故加熱前先通入N₂排盡裝置中的空氣。當澄清石灰水變渾濁時說明開始反應產生了CO₂氣體。
已知n(Fe₂O₃)=="0.02" mol,n(C)=≈0.17 mol,由2Fe₂O₃+3C====4Fe+3CO₂↑,
可知碳過量，參加反應的氧元素為：m(O)="0.02" mol×3×16 g·mol^-1="0.96" g,碳的質量為m(C)=n(Fe₂O₃)×M(C)= ×0.02 mol×12 g·mol^-1="0.36" g。
參加反應的碳、氧總質量為0.96 g+0.36 g="1.32" g，而實際混合物損失質量為3.2 g+2 g+48.48 g-52.24 g="1.44" g＞1.32 g，說明氣體產物不全是CO₂（可能還生成CO等氣體），原假設不成立。