Question

(13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：从环境保护的角度，请你提出一个优化方案将此实验装置进一步完善：

。

Answer 1

(13分) ⑴ CO2、CO的混合物（2分） ⑶ NH4+ + NO2—N2↑ + 2H2O（2分）

⑷ 排尽空气 （2分） 赶出所有的CO2，确保完全吸收（2分）

⑸ 2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑（3分）

⑹ 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】

试题分析：（1）根据元素守恒可知气体可能为CO2、CO、CO2和CO的混合物；（3）反应物为氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO2）饱和溶液，生成物之一为N2 ，根据元素守恒和电子守恒，可写出反应的离子方程式：NH4+ + NO2—N2↑ + 2H2O ；（4）实验前要排净空气，反应后要把生成的二氧化碳赶出，确保完全吸收；（5）根据数据可知生成二氧化碳的物质的量为2.00g/100g/mol＝0.02mol，质量为0.02mol×44g/mol＝0.88g，生成一氧化碳的质量为（3.20g+2.00g+48.48g-52.24g）-0.88g＝0.56g ，物质的量为0.56g/28g/mol＝0.02mol,则生成二氧化碳与一氧化碳的物质的量之比为1：1 ，所以化学方程式为2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑；（6）一氧化碳有毒，应加尾气吸收处理装置。

考点：化学实验操作