Question

4．某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究．

已知：PdCl₂溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO+PdCl₂+H₂O═CO₂+2HCl+Pd↓（产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊）．
（1）实验的主要步骤如下：
①点燃酒精喷灯 
②检查装置的气密性 
③通入N₂一段时间
④向A的硬质玻璃管中装入焦炭（过量）与二氧化硅混合物共m g则正确的操作顺序是②④③①．
（2）实验时要通入足够长时间的N₂，其原因是要用氮气将装置中的空气排尽，避免空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气对实验产生干扰．
（3）装置D中所盛试剂为C（填序号）
A．NaOH溶液        B．Ca（OH）₂溶液          C．PdCl₂溶液         D．稀H₂SO₄溶液
（4）若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则A中反应的化学方程式为3SiO₂+4C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO₂+2CO+3Si．实验结束后，C装置增重ng，求m g混合物中SiO₂的质量分数$\frac{45n}{22}$×100%．

Answer 1

分析 某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究，碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气反应，所以实验时要将装置中的空气排尽，利用氮气排净装置内的空气，关闭活塞K，点燃酒精灯发生反应生成一氧化碳，装置B为安全瓶，根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验有没有二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳；通过装置D中PdCl₂溶液检验一氧化碳生成的生成，
（1）实验步骤为②检查装置的气密性，④向A的硬质玻璃管中装入焦炭（过量）与二氧化硅混合物共m g，③通入N₂一段时间，①点燃酒精喷灯；
（2）碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气反应，所以实验时要将装置中的空气排尽，利用氮气排净装置内的空气；
（3）根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验有没有二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳；
（4）若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，检测两气体产物的物质的量相等，根据元素守恒可写出化学方程式；实验结束后，C装置增重ng为吸收的二氧化碳质量，两气体产物的物质的量相等计算得到一氧化碳和二氧化碳物质的量，化学方程式计算得到二氧化硅质量，得到质量分数；

解答 解：（1）实验步骤为②检查装置的气密性，④向A的硬质玻璃管中装入焦炭（过量）与二氧化硅混合物共m g，③通入N₂一段时间，①点燃酒精喷灯，正确的操作顺序为：②④③①，故答案为：②④③①；
（2）碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气反应，所以实验时要将装置中的空气排尽，所以实验时要通人足够长时间的N₂，
故答案为：要用氮气将装置中的空气排尽，避免空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气对实验产生干扰；
（3）根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验有没有二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳，所以置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl₂溶液，
故答案为：C；
（4）若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，检测两气体产物的物质的量相等，根据元素守恒可知化学方程式为3SiO₂+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO₂+2CO+3Si，
实验结束后，C装置增重ng为吸收的二氧化碳质量，两气体产物的物质的量相等计算得到一氧化碳和二氧化碳物质的量，
n（CO₂）=n（CO）=$\frac{ng}{44g/mol}$=$\frac{n}{44}$mol，
3SiO₂+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO₂+2CO+3Si，
3                      2
n                    $\frac{n}{44}$mol
n=$\frac{3n}{88}$mol，
二氧化硅质量分数=$\frac{\frac{3n}{88}mol×60g/mol}{mg}$×100%=$\frac{45n}{22}$×100%，
故答案为：3SiO₂+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO₂+2CO+3Si；$\frac{45n}{22}$×100%

点评 本题考查了实验探究反应产物的实验过程分析判断，主要是装置作用和试剂选择、定量计算等，掌握基础是解题关键，题目难度中等．