Question

（15分）某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究。

（1）提出假设  ①该反应的气体产物是CO₂。

②该反应的气体产物是CO。

③该反应的气体产物是              。

（2）设计方案  如下图所示，将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件下与过量炭粉完全反应，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比。

（3）查阅资料氮气不与碳、氧化铁发生反应。实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO₂）

饱和溶液混合加热反应制得氮气。请写出该反应的离子方程式：            。

（4）实验步骤

 ①按上图连接装置，并检查装置的气密性，称取3.20g氧化铁、2.00g碳粉混合均匀，放入48.48g的硬质玻璃管中；

②加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气；

③停止通入N₂后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水（足量）变浑浊；

④待反应结束，再缓缓通入一段时间的氮气。冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24g；

⑤过滤出石灰水中的沉淀，洗涤、烘干后称得质量为2.00g。

步骤②、④中都分别通入N₂，其作用分别为                                       ；

                                                                 。

（5）数据处理试根据实验数据分析，写出该实验中氧化铁与碳发生反应的化学方程式：        

                                                              。

（6）实验优化  学习小组有同学认为应对实验装置进一步完善。

①甲同学认为：应将澄清石灰水换成Ba(OH)₂溶液，其理由是                            。

②从环境保护的角度，请你再提出一个优化方案将此实验装置进一步完善：                 。

 

Answer 1

⑴  CO₂、CO的混合物        （2分）

⑶  NH₄⁺+NO₂^—N₂↑+2H₂O          （2分）

⑷ 步骤②中是为了排除空气中的CO₂ ，以防干扰实验   （2分）

步骤④是为了赶出所有的CO₂，确保CO₂完全吸收    （2分）

⑸ 2C + Fe₂O₃2Fe + CO↑ + CO₂↑      （3分）

⑹①Ba(OH)₂溶解度大，浓度大，使CO₂被吸收的更完全；M (BaCO₃)＞M(CaCO₃)，称量时相对误差小。         （2分）

②在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气处理装置    （2分）

解析:（1）根据假设①②可知，假设③应该是CO₂、CO的混合物。

（3）生成物有氮气，说明是氧化还原反应，反应式为NH₄⁺+NO₂^—N₂↑+2H₂O。

（4）在实验过程中应防止空气参与反应，所以实验前用氮气排尽装置中的空气。实验结束后，为了把生成的气体全部排出，又需要用氮气排尽生成的气体。

（5）根据⑤可知生成物CO₂的物质的量是，质量是0.88g。根据④可知反应中生成的气体共48.48g+3.2g+2.0g－52.24g＝1.44g，因此CO的质量是1.44g－0.88g＝0.56g，其物质的量是

。即CO和CO₂的体积之比是1︰1。所以反应式为2C + Fe₂O₃2Fe + CO↑ + CO₂↑。

（6）氢氧化钙的溶解度小，溶液的浓度低，吸收CO₂的效果差。氢氧化钡的溶解度大，吸收CO₂的效果要好。且碳酸钡的相对分子质量大于碳酸钙的，称量时误差小。CO有毒，因此要有尾气处理装置。