题目内容

16．某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应中气体产物的成分进行了研究．

【提出假设】该反应中的气体产物可能是CO或者是CO2和CO的混合物．
【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．
【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．
试回答下列问题：
（l）按上图连接装置，如何检查该装置的气密性在整套装置末端接一带弯玻璃导管的乳胶管，并将玻璃导管末端放在盛有水的水槽中；用酒精灯在气体发生装置下面微热（打开弹簧夹），玻璃导管末端有气泡产生；停止加热后，玻璃导管内上升一段水柱，则不漏气
（2）广口瓶内盛放的试剂为浓硫酸，其作用为吸收产生的氮气中的水，获得干燥的氮气
（3）实验开始时，应先打开弹簧夹，一段时间后关闭；再点燃酒精喷灯，理由是为了排尽整套装置中的空气
（4）称取3.20g氧化铁、2.00g炭粉混合均匀，放入质量为48.48g的硬质玻璃管中；待反应结束，再通一段时间的氮气．冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24g．经进一步测定得知参加反应的氧元素质量为0.96g．从而确认该反应的气体产物是C02和CO 的混合物，理由是经计算反应后的气体中碳、氧原子的物质的量之比为 2：3，介于 $\frac{1}{2}$ 和 1 之间．根据数据处理结果判断，反应产生的气体中n（C02）：n（CO）=1：1．
（5）有同学根据实验得出的结论，认为应对实验装置进一步完善，你认为应作如何改进？

分析 （1）依据连接装置内气体压强变化和液面变化进行检验是否漏气，检查时分液漏斗活塞关闭，弹簧夹打开，装置最后连接通入水中的导气管，加热烧瓶依据最后导气管中 液面变化判断；
（2）通入加热的玻璃管中需要对气体进行干燥；
（3）实验开始时，应先打开弹簧夹，一段时间后关闭；再点燃酒精喷灯是为了排净装置中的空气；
（4）根据质量守恒定律可知反应后获得气体的质量为前后玻璃管内物质的质量之差，根据氧化铁的质量可计算出氧元素的质量，则碳元素的质量为气体质量减去氧元素的质量；
（5）尾气中含有有毒的气体不能排放到空气中污染环境，需要进行尾气处理．

解答 解：（l）依据连接装置内气体压强变化和液面变化进行检验是否漏气，在整套装置末端接一带弯玻璃导管的乳胶管，并将玻璃导管末端放在盛有水的水槽中；用酒精灯在气体发生装置下面微热（打开弹簧夹），玻璃导管末端有气泡产生；停止加热后，玻璃导管内上升一段水柱，则不漏气，
故答案为：在整套装置末端接一带弯玻璃导管的乳胶管，并将玻璃导管末端放在盛有水的水槽中；用酒精灯在气体发生装置下面微热（打开弹簧夹），玻璃导管末端有气泡产生；停止加热后，玻璃导管内上升一段水柱，则不漏气；
（2）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中含有水蒸气，通入玻璃管前需要用浓硫酸干燥，目的是吸收氮气中的水蒸气得到干燥氮气，
故答案为：浓硫酸，吸收产生的氮气中的水，获得干燥的氮气；
（3）实验开始时，应先打开弹簧夹，一段时间后关闭；再点燃酒精喷灯是为了排净装置中的空气，使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，
故答案为：为了排尽整套装置中的空气；
（4）根据质量守恒定律可知：实验产物中气体质量为：（48.48g+3.20g+2.00g）-52.24 g=1.44 g，
根据氧化铁的质量可计算出氧化铁中氧元素的质量为：3.2g×$\frac{16×3}{16×+56×2}$=0.96g，
则碳元素的质量为气体质量减去氧元素的质量为：1.44g-0.96g=0.48g，
根据参加反应的碳元素质量为0.48g，氧元素质量为0.96g，则反应后的气体中碳、氧原子的物质的量之比=$\frac{0.48g}{12g/mol}$：$\frac{0.96g}{16g/mol}$=2：3，与二氧化碳中碳、氧原子的物质的量比1：2不相符，经计算反应后的气体中碳、氧原子的物质的量之比为 2：3，介于 1/2 和 1 之间，说明该反应的气体产物是C02和CO的混合物；反应产生的气体中n（CO2）：n（CO）=1：1；
故答案为：经计算反应后的气体中碳、氧原子的物质的量之比为 2：3，介于 $\frac{1}{2}$ 和 1 之间；1：1；
（5）尾气中含有有毒的气体不能排放到空气中污染环境，需要进行尾气处理，
答：对实验装置进一步完善，在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气处理装置；

点评 本题考查了物质组成的探究实验分析，实验过程判断，物质性质的掌握和元素守恒的计算应用是解题关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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6．在同一容器内有X、Y、Z、Q四种物质，在合适的条件下反应，反应前后各物质的质量如下表，该反应一定属于（　　）
XYZQ
反应前g202020205
反应后g10202624
A．氧化还原反应B．分解反应C．离子反应D．复分解反应
7．已知反应A（g）+3B（g）═2C（g）在一定温度下达到平衡，该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{2}（C）}{c（A）•{c}^{3}（B）}$．若各物质的平衡浓度分别为c（A）=2.0mol/L、c（B）=2.0mol/L、c（C）=1.0mol/L，则K=0.125．若升高温度化学平衡常数K减小，则该反应的正反应为放热反应（填放热反应、吸热反应），如果增大压强，化学平衡常数K不变（填增大、减小、不变）
4．若溶液中由水电离产生的c（OH-）=1×10-14mol•L-1，满足此条件的溶液中一定不能大量共存的离子组是（　　）
A．Al3+ Na+NO-3  Cl-B．K+  Ba2+Cl-  NO3-
C．K+  Na+  Cl-AlO2-D．K+  Fe2+  SO42-NO3-
11．下列图示实验操作规范或能达到实验目的是（　　）
A．
检验K+的存在		B．C．
干燥氯气		D．
1．下列物质溶于水后由于水解而显酸性的是（　　）
A．NaHSO4B．NaHCO3C．NH4ClD．CH3COOH
8．下列实验中所选用的仪器或者所测数据合理的是（　　）
A．用精密pH试纸测定血液的pH为7.40
B．用碱式滴定管量取20.10mLKMnO4酸性溶液
C．用托盘天平称取8.56g食盐
D．用250mL容量瓶配制所需的230mL0.2 mol•L-1的氢氧化钠溶液
5．（1）写出下列物质在水溶液中的电离方程式
①碳酸氢钠NaHCO3=Na++HCO3-
②氯酸钾KClO3=K++ClO3-．
（2）写出下列反应的离子方程式
①氢氧化铜和稀盐酸反应Cu（OH）2+2H+=Cu2++2H2O
②用稀硫酸清洗铁锈（Fe2O3）6H++Fe2O3=2Fe3++3H2O．
6．短周期主族元素X、Y、Z在元素周期表中的相对位置如图，下列推论合理的是（　　）
A．若Z的核电荷数是Y的两倍，则X为碳元素
B．若X、Y、Z的单质常温下都是气体，则Y为氧元素
C．若X、Y、Z都是非金属元素，则它们气态氢化物的水溶液都显酸性
D．若X、Y、Z的原子序数之和等于25，则它们都是非金属元素

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