Question

（15分）某研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵反應的氣體產物成分進行研究。

（1）提出假設  ①該反應的氣體產物是CO₂。

②該反應的氣體產物是CO。

③該反應的氣體產物是              。

（2）設計方案  如下圖所示，將一定量的氧化鐵在隔絕空氣的條件下與過量炭粉完全反應，測定參加反應的碳元素與氧元素的質量比。

（3）查閱資料氮氣不與碳、氧化鐵發生反應。實驗室可以用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）

飽和溶液混合加熱反應制得氮氣。請寫出該反應的離子方程式：            。

（4）實驗步驟

 ①按上圖連接裝置，并檢查裝置的氣密性，稱取3.20g氧化鐵、2.00g碳粉混合均勻，放入48.48g的硬質玻璃管中；

②加熱前，先通一段時間純凈干燥的氮氣；

③停止通入N₂后，夾緊彈簧夾，加熱一段時間，澄清石灰水（足量）變渾濁；

④待反應結束，再緩緩通入一段時間的氮氣。冷卻至室溫，稱得硬質玻璃管和固體總質量為52.24g；

⑤過濾出石灰水中的沉淀，洗滌、烘干后稱得質量為2.00g。

步驟②、④中都分別通入N₂，其作用分別為                                       ；

                                                                 。

（5）數據處理試根據實驗數據分析，寫出該實驗中氧化鐵與碳發生反應的化學方程式：        

                                                              。

（6）實驗優化  學習小組有同學認為應對實驗裝置進一步完善。

①甲同學認為：應將澄清石灰水換成Ba(OH)₂溶液，其理由是                            。

②從環境保護的角度，請你再提出一個優化方案將此實驗裝置進一步完善：                 。

 

Answer 1

⑴  CO₂、CO的混合物        （2分）

⑶  NH₄⁺+NO₂^—N₂↑+2H₂O          （2分）

⑷ 步驟②中是為了排除空氣中的CO₂ ，以防干擾實驗   （2分）

步驟④是為了趕出所有的CO₂，確保CO₂完全吸收    （2分）

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

⑹①Ba(OH)₂溶解度大，濃度大，使CO₂被吸收的更完全；M (BaCO₃)＞M(CaCO₃)，稱量時相對誤差小。         （2分）

②在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置    （2分）

解析:（1）根據假設①②可知，假設③應該是CO₂、CO的混合物。

（3）生成物有氮氣，說明是氧化還原反應，反應式為NH₄⁺+NO₂^—N₂↑+2H₂O。

（4）在實驗過程中應防止空氣參與反應，所以實驗前用氮氣排盡裝置中的空氣。實驗結束后，為了把生成的氣體全部排出，又需要用氮氣排盡生成的氣體。

（5）根據⑤可知生成物CO₂的物質的量是，質量是0.88g。根據④可知反應中生成的氣體共48.48g+3.2g+2.0g－52.24g＝1.44g，因此CO的質量是1.44g－0.88g＝0.56g，其物質的量是

。即CO和CO₂的體積之比是1︰1。所以反應式為2C + Fe₂O₃2Fe + CO↑ + CO₂↑。

（6）氫氧化鈣的溶解度小，溶液的濃度低，吸收CO₂的效果差。氫氧化鋇的溶解度大，吸收CO₂的效果要好。且碳酸鋇的相對分子質量大于碳酸鈣的，稱量時誤差小。CO有毒，因此要有尾氣處理裝置。