Question

【題目】某研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵反應的氣體產物成分進行研究．
（1）提出假設：①該反應的氣體產物是CO2 ． ②該反應的氣體產物是CO．③該反應的氣體產物是設計方案如圖所示，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，測定參加反應的碳元素與氧元素的質量比．

（2）查閱資料：氮氣不與碳、氧化鐵發生反應．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制得氮氣．請寫出該反應的離子方程式： ．
（3）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待反應結束，再緩緩通入一段時間的氮氣．冷卻至室溫，稱得硬質玻璃管和固體總質量為52.24g；
⑤過濾出石灰水中的沉淀，洗滌、烘干后稱得質量為2.00g．
步驟②、④中都分別通入N2 ， 其作用分別為
（4）數據處理：試根據實驗數據分析，寫出該實驗中氧化鐵與碳發生反應的化學方程式：
（5）實驗反思：學習學習小組有同學認為應對實驗裝置進一步完善．①甲同學認為：應將澄清石灰水換成Ba（OH）2溶液，其理由是 ．
②此裝置存在一定缺陷，請你指出 ．

Answer 1

【答案】
（1）CO2、CO的混合物
（2）NH +NO ?N2↑+2H2O
（3）反應前排盡裝置內的空氣、確保反應得到的CO2全部通過B裝置
（4）Fe2O3+2C ?2Fe+CO↑+CO2↑
（5）Ba（OH）2的溶解度大于Ca（OH）2 ， 保證產生的CO2全部被裝置B吸收，避免其逸出造成測定誤差；沒有尾氣處理裝置
【解析】解：（1）在還原氧化鐵的反應中碳既可以被氧化生成CO，也可能被氧化生成CO2 ， 故假設③應是CO2、CO的混合物，故答案為：CO2、CO的混合物；（2）發生氧化還原反應，銨根離子與亞硝酸離子生成氮氣、水，反應離子方程式為NH +NO N2↑+2H2O，故答案為：NH4++NO2﹣ N2↑+2H2O；（3）實驗過程中應防止空氣參與反應，所以實驗前用氮氣排盡裝置中的空氣．實驗結束后，為了把生成的氣體全部排出，又需要用氮氣排盡生成的氣體，確保反應得到的CO2全部通過B裝置， 故答案為：反應前排盡裝置內的空氣、確保反應得到的CO2全部通過B裝置；（4）根據⑤可知生成物CO2的物質的量是 =0.02mol，其質量是0.88g，根據④可知反應中生成的氣體共48.48g+3.2g+2.0g﹣52.24g=1.44g，因此CO的質量是1.44g﹣0.88g=0.56g，其物質的量是 =0.02mol，即CO和CO2的體積之比是1：1，反應方程式為：Fe2O3+2C 2Fe+CO↑+CO2↑，
故答案為：Fe2O3+2C 2Fe+CO↑+CO2↑；（5）①氫氧化鈣的溶解度小，吸收CO2的效果差，氫氧化鋇的溶解度大，吸收CO2的效果要好，且碳酸鋇的相對分子質量大于碳酸鈣的，稱量時誤差小，
故答案為：Ba（OH）2的溶解度大于Ca（OH）2 ， 保證產生的CO2全部被裝置B吸收，避免其逸出造成測定誤差；
②CO有毒，因此要有尾氣處理裝置，故答案為：沒有尾氣處理裝置．
（1）在還原氧化鐵的反應中碳既可以被氧化生成CO，也可能被氧化生成CO2 ， 故假設③應是CO2、CO的混合物；（2）發生氧化還原反應，銨根離子與亞硝酸離子生成氮氣、水；（3）防止空氣參與反應，實驗前用氮氣排盡裝置中的空氣．實驗結束后，確保反應得到的CO2全部通過B裝置；（4）根據⑤可知生成物CO2的物質的量是 =0.02mol，其質量是0.88g，根據④可知反應中生成的氣體共48.48g+3.2g+2.0g﹣52.24g=1.44g，因此CO的質量是1.44g﹣0.88g=0.56g，其物質的量是 =0.02mol，即CO和CO2的體積之比是1：1；（5）①氫氧化鈣的溶解度小，吸收CO2的效果差，氫氧化鋇的溶解度大，吸收CO2的效果要好，且碳酸鋇的相對分子質量大于碳酸鈣的，稱量時誤差小；
②CO有毒，因此要有尾氣處理裝置．