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．
（1）提出假設(shè)：①氣體產(chǎn)物是CO₂．
②氣體產(chǎn)物是CO．
③氣體產(chǎn)物是

 

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

（3）查閱資料
氮氣不與碳、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）飽和溶液混合加熱反應(yīng)制得氮氣，該反應(yīng)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(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

 

．
（5）數(shù)據(jù)處理
試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析判斷，前面的假設(shè)

 

（填①、②、③）是正確的．寫出該實驗中氧化鐵與碳發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．

Answer 1

分析：（1）過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物可能有：①CO、②CO₂、③CO₂、CO的混合物三種情況；
（3）根據(jù)反應(yīng)物和生成物，結(jié)合質(zhì)量守恒書寫反應(yīng)的離子方程式；
（4）如果不排盡空氣，那么空氣中的氧氣會與炭粉反應(yīng)影響反應(yīng)后生成氣體的組成；
（5）根據(jù)質(zhì)量守恒判斷氣體的組成，根據(jù)質(zhì)量關(guān)系計算氣體的物質(zhì)的量之間的關(guān)系，進(jìn)而書寫化學(xué)方程式．

解答：解：（1）過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物可能有：①CO、②CO₂、③CO₂、CO的混合物，故答案為：CO₂、CO的混合物；
（3）氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液混合加熱反應(yīng)制得氮氣，反應(yīng)物有NH₄Cl和NaNO₂，生成物為N₂，根據(jù)質(zhì)量守恒還應(yīng)用水，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為
NH₄⁺+NO₂^-

△   .

N₂↑+2H₂O，故答案為：NH₄⁺+NO₂^-

△   .

N₂↑+2H₂O；
（4）如果不排盡空氣，那么空氣中的氧氣會與炭粉反應(yīng)影響反應(yīng)后生成氣體的組成，所以利用穩(wěn)定的氮氣排空氣，最后確保完全吸收，反應(yīng)后還要趕出所有的CO₂，
故答案為：步驟②中是為了排盡空氣；步驟④是為了趕出所有的CO₂，確保完全吸收；
（5）3.20g氧化鐵的物質(zhì)的量為

3.2g

160g/mol

=0.02mol，
澄清石灰水變渾濁，說明有CO₂氣體生成，
則n（CO₂）=n（CaCO₃）=

2g

100g/mol

=0.02mol，m（CO₂）=0.02mol×44g/mol=0.88g，
反應(yīng)后硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量變化為：3.20g+2.0g+48.48g-52.24g=1.44g
因0.88g＜1.44g，
則生成其氣體為CO₂、CO的混合物，
設(shè)混合氣體中含有ymolCO，
則0.88g+28yg=1.44g，
y=0.02mol，
所以CO、CO₂的混合氣體物質(zhì)的量比為1：1，所以方程式為 2C+Fe₂O₃

△   .

2Fe+CO↑+CO₂↑．
故答案為：③；2C+Fe₂O₃

△   .

2Fe+CO↑+CO₂↑．

點評：本題考查過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)產(chǎn)物中氣體的成分的探究，題目難度較大，注意從質(zhì)量守恒的角度分析，加強(qiáng)隨數(shù)據(jù)的處理和分析能力．