题目内容

10．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CO2、CO的混合物
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．

（2）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：NH4++NO2-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N2↑+2H2O．
（3）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，其作用分别为反应前排尽装置内的空气、确保反应得到的CO2全部通过B装置
（4）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：Fe2O3+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO2↑．
（5）实验反思：学习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Ba（OH）2的溶解度大于Ca（OH）2，保证产生的CO2全部被装置B吸收，避免其逸出造成测定误差．
②此装置存在一定缺陷，请你指出没有尾气处理装置．

分析 （1）在还原氧化铁的反应中碳既可以被氧化生成CO，也可能被氧化生成CO2，故假设③应是CO2、CO的混合物；
（2）发生氧化还原反应，铵根离子与亚硝酸离子生成氮气、水；
（3）防止空气参与反应，实验前用氮气排尽装置中的空气．实验结束后，确保反应得到的CO2全部通过B装置；
（4）根据⑤可知生成物CO2的物质的量是$\frac{2.00g}{100g/mol}$=0.02mol，其质量是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$\frac{0.56g}{28g/mol}$=0.02mol，即CO和CO2的体积之比是1：1；
（5）①氢氧化钙的溶解度小，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；
②CO有毒，因此要有尾气处理装置．

解答 解：（1）在还原氧化铁的反应中碳既可以被氧化生成CO，也可能被氧化生成CO2，故假设③应是CO2、CO的混合物，故答案为：CO2、CO的混合物；
（2）发生氧化还原反应，铵根离子与亚硝酸离子生成氮气、水，反应离子方程式为NH4++NO2-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N2↑+2H2O，故答案为：NH4++NO2-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N2↑+2H2O；
（3）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，确保反应得到的CO2全部通过B装置，
故答案为：反应前排尽装置内的空气、确保反应得到的CO2全部通过B装置；
（4）根据⑤可知生成物CO2的物质的量是$\frac{2.00g}{100g/mol}$=0.02mol，其质量是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$\frac{0.56g}{28g/mol}$=0.02mol，即CO和CO2的体积之比是1：1，反应方程式为：Fe2O3+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO2↑，
故答案为：Fe2O3+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO2↑；
（5）①氢氧化钙的溶解度小，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，
故答案为：Ba（OH）2的溶解度大于Ca（OH）2，保证产生的CO2全部被装置B吸收，避免其逸出造成测定误差；
②CO有毒，因此要有尾气处理装置，故答案为：没有尾气处理装置．

点评 本题主要是考查实验方案设计、探究与评价等，注意探究实验的一般步骤，水对学生综合能力的考查，为高考常考题型，注意掌握元素化合物知识，注意实验中渗透环保意识、定量实验中准确性，难度中等．

练习册系列答案
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CrO42$\underset{\stackrel{{H}^{+}}{→}}{①转化}$Cr2O72-$\underset{\stackrel{F{e}^{3+}}{→}}{②还原}$Cr3+$\underset{\stackrel{O{H}^{-}}{→}}{③沉淀}$Cr（OH）3↓
其中第①步存在平衡：2CrO42（黄色）+2H+?Cr2O72-（橙色）+H2O
（1）若平衡体系的pH=2，该溶液显橙色．
（2）能说明第①步反应达平衡状态的是c．
a．Cr2O72-和CrO42的浓度相同
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（3）第②步中，还原1 mol Cr2O72-离子，需要6mol的FeSO4?7H2O．
（4）第③步生成的Cr（OH）3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：
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常温下，Cr（OH）3的溶度积Ksp=c（Cr3+）•?c3（OH-）=10-32，要使c（Cr3+）降至10-5 mol/L，溶液的pH应调至5．
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该法用Fe做电极电解含 Cr2O72-的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）3沉淀．
（5）用Fe做电极的原因为阳极反应为Fe-2e-=Fe2+，提供还原剂Fe2+．
（6）在阴极附近溶液pH升高的原因是（用电极反应解释）2H++2e-=H2↑，溶液中同时生成的沉淀还有Fe（OH）3．
15．铜族元素包括Cu、Ag、Au，其单质均为面心立方晶体．
（1）基态Au原子有1个未成对电子，Cu2+的电子排布式为[Ar]3d9 ，向Cu2+溶液中加入足量的氨水后，再加入无水乙醇，可析出一种配合物，其中N原子的杂化轨道类型为sp3杂化，该配合物的颜色为深蓝色．
（2）Cu2O是一种共价型化合物，其立方晶胞内：氧原子分别位于立方体的顶点和体心，则该晶胞中有4个铜原子，其中氧原子的配位数为4．
（3）钇钡铜氧超导体的理想晶胞如图所示，其化学式为：YBa2Cu3O7，该晶体中Y为+3，Ba为+2，铜为+2、+3，则铜元素中+2价铜的百分含量为$\frac{2}{3}$；Y的价电子排布式为4d15s2，则Y在周期表的位置：第5周期第ⅢB族，
（4）已知Ag的晶胞参数a=0.408nm，列式表示Ag单质的密度$\frac{4×108}{{N}_{A}×（0.408×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm-3（不必计算出结果）．
2．下列说法正确的是（　　）
A．已知：H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（l）；△H=-285.8 kJ•mol-1，则H2的燃烧热为-285.8 kJ•mol-1
B．已知：S（g）+O2（g）═SO2（g）△H1=-Q1；S（s）+O2（g）═SO2（g）△H2=-Q2，则Q1＜Q2
C．已知：$\frac{1}{2}$H2SO4（浓）+NaOH（aq）═$\frac{1}{2}$Na2SO4（aq）+H2O（l）△H1；
CH3COOH（aq）+NH3•H2O（aq）═CH3COONH4（aq）+H2O（l）△H2，则有|△H1|＜|△H2|
D．已知：Fe2O3（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H=+489.0 kJ•mol-1
CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO2（g）△H=-283.0 kJ•mol-1
C（石墨）+O2（g）═CO2（g）△H=-393.5 kJ•mol-1
则4Fe（s）+3O2（g）═2Fe2O3（s）△H=-1641.0 kJ•mol-1
19．某校化学实验兴趣小组在“探究卤索单质的氧化性”的系列实验中发现：在足量的稀氯化亚铁溶液中，加入l～2滴溴水，振荡后溶液呈黄色．
提出问题：Fe3+、Br2谁的氧化性更强？
（1）猜想：
①甲同学认为氧化性：Fe3+＞Br2，故上述实验现象不是发生化学反应所致，则溶液呈黄色是含Br2（填化学式，下同）所致．
②乙同学认为氧化性：Br2＞Fe3+，故上述实验现象是发生化学反应所致，则溶液呈黄色是含Fe3+所致．
（2）设计实验并验证
丙同学为验证乙同学的观点，选用下列某些试剂设计出两种方案进行实验，并通过观察实验现象，证明了乙同学的观点确实是正确的．
供选用的试剂：a．酚酞试液；b．CCl4；c．无水酒精；d．KSCN溶液．
请你在表中写出丙同学选用的试剂及实验中观察到的现象．（试剂填序号）
选用试剂实验现象
方案1
方案2
（3）结论：氧化性：Br2＞Fe3+．故在足量的稀氯化亚铁溶液中，加入l～2滴溴水，溶液呈黄色所发生的离子反应方程式为Br2+2Fe2+=2Fe3++2Br-．
（4）实验后的思考
①根据上述实验推测，若在溴化亚铁溶液中通入氯气，首先被氧化的离子是：Fe2+（填离子的化学式）．
②在100mL FeBr2溶液中通入2.24L Cl2（标准状况），溶液中有1/2的Br-被氧气成单质Br2，则原FeBr2溶液中FeBr2的物质的量浓度为1mol•L-1．
20．化学在生产和日常生活中有着重要的作用．下列说法中错误的是（　　）
A．Na2FeO4 能与水缓慢反应生成Fe（OH）3 和O2，故可用作水的消毒剂和净化剂
B．钢铁表面烤蓝生成一层致密的Fe3O4，能起到防腐蚀作用
C．太阳能、风能是可再生能源，应大力推广太阳能、风能的使用
D．新型能源生物柴油和矿物油的主要化学成分相同

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