Question

某研究性學(xué)習(xí)小組對過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物成分進(jìn)行研究。

設(shè)計方案如圖，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(yīng)，測定參加反應(yīng)的碳元素與氧元素的質(zhì)量比。

（1）查閱資料：

    ①氮氣不與炭粉、氧化鐵發(fā)生反應(yīng)。實驗室可以用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO2）飽和溶液混合加熱制得氮氣。寫出該反應(yīng)的離子方程式：                       。

②使上述制得的氣體通過___________裝置方能獲得干燥的N2

（2）實驗步驟：

①按圖連接裝置，并檢查裝置的氣密性，稱取3.20g氧化鐵、2.00g炭粉混合均勻，放入48.48g的硬質(zhì)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(yīng)結(jié)束，再緩緩?fù)ㄈ胍欢螘r間的氮氣。冷卻至室溫，稱得硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量為52.24g；

⑤過濾出石灰水中的沉淀，洗滌、烘干后稱得質(zhì)量為2.00g。步驟②、④中都分別通入N2，其作用分別為                                                 。

（3）數(shù)據(jù)處理：

①試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO2和CO,理由是____________________②寫出該實驗中氧化鐵與炭粉發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：                 。

（4）實驗優(yōu)化：

學(xué)習(xí)小組有同學(xué)認(rèn)為應(yīng)對實驗裝置進(jìn)一步完善。

①甲同學(xué)認(rèn)為：應(yīng)將澄清石灰水換成Ba(OH)2溶液，其理由是            。

②pC類似pH，是指極稀溶液中溶質(zhì)物質(zhì)的量濃度的常用對數(shù)負(fù)值。如某溶液溶質(zhì)的濃度為：1×10-3mol/L，則該溶液中該溶質(zhì)的pC=-lg1×10-3=3。現(xiàn)向0.2mol/LBa(OH)2溶液中通入CO2氣體，沉淀開始產(chǎn)生時，溶液中CO32-的PC值為_________（已知：lg2=0.2；Ksp(BaCO3)=5.0x10-9）

③從環(huán)境保護(hù)的角度，請你再提出一個優(yōu)化方案將此實驗裝置進(jìn)一步完善：           。

Answer 1

【答案】

（1）① NH4+ + NO2-==N2↑+2H2O   （2分）  ②  B（2分）

（2）步驟②通入氮氣的目的是排除裝置中的O2（空氣）（1分）

     步驟④通入氮氣的目的是將生成的CO2全部通入澄清的石灰水中（1分）

（3）①生成的CO2質(zhì)量小于生成氣體的總質(zhì)量； ②2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2 ↑ （2分）

（4）①將澄清的石灰水換成Ba（OH）2溶解度大，濃度大，使CO2被吸收更完全；（1分）M （BaCO3）﹥ M（CaCO3），相對誤差小。（1分） ②7.6（2分）③從環(huán)保的角度來看生成的CO也要處理掉，因此應(yīng)該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）

【命題立意】本題考查過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物成分的實驗研究。

【解析】(1)①由題目信息：氯化銨和亞硝酸鈉（NaNO2）混合加熱生成氮氣，故離子方程式為：NH4+ + NO2-==N2↑+2H2O；②濃硫酸具有吸水性，可以用于干燥N2，故選裝置B；(2)步驟②通入氮氣的目的是排除裝置中的O2（空氣），從而防止碳粉與空氣中的氧氣接觸反應(yīng)；步驟④通入氮氣的目的是將生成的CO2全部通入澄清的石灰水中，以使生成的CO2與澄清石灰水完全反應(yīng)；(3)①分析反應(yīng)前后裝置及所含藥品質(zhì)量變化可知，過量碳粉與氧化鐵反應(yīng)后生成氣體(48.48+3.2+2)-52.24=1.44g，而由氣體通入澄清的石灰水后所得沉淀分析，CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O，n(CO2)=n(CaCO3)=2g/100g·mol-1=0.02mol，可知m(CO2)=0.02×44g·mol-1=0.88g<1.44g，可判定氣體產(chǎn)物還存在CO，且m(CO)=1.44g-0.88g=0.56g，n(CO)=0.02mol；②、由①中分析可知，碳粉與氧化鐵反應(yīng)后得到的氣體為CO和CO2，且

n(CO)：n(CO2)=1：1，據(jù)此可得出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2 ↑；(4)①將澄清石灰水換成Ba(OH)2 溶液的原因是Ba(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。②c(Ba2+)=0.2mol/L，當(dāng)c(Ba2+)

·c(CO32-)≧Ksp(BaCO3)，溶液開始產(chǎn)生沉淀，則由Ksp(BaCO3)=5.0×10-9=c(Ba2+)·c(CO32-)，得c(CO32-)=2.5×10-8mol/L，PC=7.6；③、從環(huán)保的角度來看生成的CO也要處理掉，因此應(yīng)該在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置；