Question

取m₁g某常見黑色粉末（由M、Z兩種元素組成）進行如下實驗以確定組成．將該粉末和足量碳粉充分混合，平鋪在反應管a中，b瓶中盛足量澄清石灰水．按圖連接儀器并檢查好氣密性．實驗開始時，先進行操作G，過一段時間后，加熱反應管a，觀察到管內發(fā)生劇烈反應，并有熔融物生成．同時，b瓶的溶液中出現白色渾濁．經一系列測定，確定反應完全 后，停止加熱，繼續(xù)通氮氣，直到反應管冷卻．此時，管中的熔融物凝固成銀白色金屬M，再進行分離、提純、稱量，得到m₂g純金屬M，且m₁=1.38m₂．根據以上敘述回答問題：
（1）該粉末的化學式是______；操作G是______．
（2）停止加熱前是否需要先關閉止水夾K？______；原因：______．
（3）反應管a中產生金屬單質的化學方程式為：______．
（4）本實驗的尾氣是否需處理？______；如需處理，請回答如何處理；如不需處理，請說明理由．______．
（5）某同學做該實驗時，b瓶最終得到了澄清溶液，他向該溶液中加入了某物質，溶液又只出現了渾濁．請書寫出加入物質的化學式：______．

Answer 1

解：（1）解：該實驗是用碳單質冶煉金屬，常用來冶煉金屬銅、鐵，由“管中的熔融物凝固成銀白色金屬M”可知該金屬是鐵塊．設該鐵的氧化物的化學式是Fe_xO_y，
反應如下：2Fe_xO_y+yC2xFe+yCO₂
2（56x+16y） 2x×56
m₁ m₂
則 ==1.38
解得x：y=3：4所以該鐵的氧化物是Fe₃O₄；
操作G是通一段時間氮氣，以排盡試管里的空氣，防止有氧氣使產生的一氧化碳燃燒發(fā)生爆炸，
故答案為：Fe₃O₄；緩緩通入氮氣；
（2）停止加熱前不需要先關閉止水夾K，因為停止加熱后，繼續(xù)通氮氣，直到反應管冷卻，不會發(fā)生倒吸，
故答案為：不需要；因為停止加熱后仍繼續(xù)通N₂，不會發(fā)生倒吸；
（3）反應管a中，反應物為碳和四氧化三鐵，產生金屬單質為鐵單質，化學方程式為：Fe₃O₄+4C 3Fe+4CO↑ 或 （Fe₃O₄+2C3Fe+2CO₂↑）或
（ Fe₃O₄+4CO3Fe+4CO₂↑），
故答案為：Fe₃O₄+4C 3Fe+4CO↑或（Fe₃O₄+2C3Fe+2CO₂↑）或（ Fe₃O₄+4CO3Fe+4CO₂↑）；
（4）本實驗的尾氣需要處理，因為反應產生的二氧化碳在高溫下會與碳反應生成有毒的一氧化碳，石灰水不能吸收一氧化碳，排到大氣中會污染空氣．一般用燃燒的方法處理一氧化碳，所以可以用雙孔塞把b塞起來，一個孔導入反應后產生的氣體，以除去二氧化碳，另一孔導出，在導管口處點燃，出去一氧化碳，或連接一個加熱的裝有CuO粉末的反應管，
故答案為：需要處理，因為生成了有毒的CO；可連接一個加熱的裝有CuO粉末的反應管（或放一個點燃的酒精燈，或用一氣球收集氣體．其它合理答案同樣可以）；
（5）少量的二氧化碳與石灰水反應生成碳酸鈣白色沉淀，過量的二氧化碳會與碳酸鈣結合成可溶的碳酸氫鈣，使溶液變澄清，反應如下：Ca（OH）₂+2CO₂（過量）=Ca（HCO₃）₂ 所以只要使Ca（HCO₃）₂中的HCO₃^-變成CO₃^2-，就能變回CaCO₃沉淀，可以加入氫氧化鈣或者氫氧化鋇等堿，溶液又只出現了渾濁，
故答案為：Ca（OH）₂ （其他合理答案也給分）如加Ba（OH）₂．
分析：（1）用碳單質常用來冶煉金屬銅、鐵，由“管中的熔融物凝固成銀白色金屬M”可知該金屬是鐵塊．設該鐵的氧化物的化學式是Fe_xO_y，根據m₁=1.38m₂列出反應的化學方程式計算；操作G是通一段時間氮氣，以排盡試管里的空氣，防止有氧氣使產生的一氧化碳燃燒發(fā)生爆炸；
（2）“經一系列測定，確定反應完全后，停止加熱，繼續(xù)通氮氣，直到反應管冷卻”，由于繼續(xù)通氮氣，不會倒吸；
（3）根據反應管a中，反應物為碳和四氧化三鐵，產生金屬單質為鐵單質，結合質量守恒定律可寫出反應的化學方程式；
（4）在高溫下會與碳反應生成有毒的一氧化碳，石灰水不能吸收一氧化碳，排到大氣中會污染空氣，肯定要進行尾氣處理，根據一氧化碳的還原性設計處理方案；
（5）少量的二氧化碳與石灰水反應生成碳酸鈣白色沉淀，過量的二氧化碳會與碳酸鈣結合成可溶的碳酸氫鈣，使溶液變澄清，加入堿后又會生出碳酸鈣沉淀，以此書寫離子方程式．
點評：本題綜合考查了物質的組成和含量測定，注意通過反應計算物質的化學式是解答本題的關鍵，本題難度中等．