Question

某校研究性學(xué)習(xí)小組對過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)產(chǎn)物中氣體的成分進(jìn)行研究．

（1）提出假設(shè)：該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物全部是二氧化碳．
（2）設(shè)計方案：將一定量的氧化鐵在隔絕氧氣條件下與過量炭粉完全反應(yīng)（如圖），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：氮氣不與炭粉、氧化鐵發(fā)生反應(yīng)，可用來隔絕氧氣．實驗室可以用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉飽和溶液混合加熱反應(yīng)制得氮氣．請寫出該反應(yīng)的離子方程式：

NH₄⁺+NO₂^-

△   .

N₂↑+2H₂O

．
（4）實驗操作：

操作步驟及實驗現(xiàn)象	簡答
①稱取3.2g氧化鐵與2g炭粉均勻混合，放入48.48g的玻璃管中，按如圖裝置連接
②加熱前，先通一段時間純凈、干燥的氮氣	其目的是： 排盡裝置中的空氣（或氧氣）
③夾緊T處彈簧夾，加熱一段時間，澄清石灰水變渾濁	該現(xiàn)象說明： 該現(xiàn)象說明：有CO2氣體生成
④完全反應(yīng)后，冷卻至室溫，稱得玻璃管和固體的總質(zhì)量為52.24g

（5）數(shù)據(jù)處理：經(jīng)計算，參加反應(yīng)的碳元素質(zhì)量為

0.48

g．
（6）得到結(jié)論：根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，得出原假設(shè)不成立，理由是：

根據(jù)（5）計算，反應(yīng)后氣體中的碳、氧原子的物質(zhì)的量之比為2：3，與假設(shè)氣體產(chǎn)物全是二氧化碳不符．

（7）根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，反應(yīng)生成的氣體是

CO、CO₂

，該實驗的化學(xué)方程式為：

2C+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+CO↑+CO₂↑

．
（8）該實驗設(shè)計存在不合理之處，請指出并說明改進(jìn)方法

未考慮尾氣可能有CO，氣體排放會污染大氣，點燃尾氣

．

Answer 1

分析：（3）根據(jù)題意信息：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)制得氮氣來寫離子化學(xué)方程式；
（4）碳做還原劑時裝置中要隔絕空氣，避免碳發(fā)生燃燒，因此用氮氣把整個裝置內(nèi)的空氣排出去．檢驗二氧化碳時要用澄清的石灰水；
（5）根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知反應(yīng)后獲得氣體的質(zhì)量為前后玻璃管內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量之差，根據(jù)氧化鐵的質(zhì)量可計算出氧元素的質(zhì)量，則碳元素的質(zhì)量為氣體質(zhì)量減去氧元素的質(zhì)量；
（6）根據(jù)二氧化碳中的碳氧質(zhì)量比和題中的氣體中碳氧質(zhì)量比進(jìn)行比較解答；
（7）根據(jù)（6）判斷出氣體組成，根據(jù)（5）知道參加反應(yīng)碳的質(zhì)量，由氧化鐵和碳的物質(zhì)的量比可直接寫出方程式；
（8）一氧化碳有毒可以通過點燃來進(jìn)行尾氣處理．

解答：解：（3）氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液混合加熱發(fā)生的反應(yīng)為：NH₄⁺+NO₂^-

△   .

N₂↑+2H₂O，
故答案為：NH₄⁺+NO₂^-

△   .

N₂↑+2H₂O；
（4）碳會與空氣中的氧氣反應(yīng)，故碳做還原劑時裝置中要隔絕空氣，避免碳發(fā)生燃燒．故答案為：排盡裝置中的空氣（或氧氣）；
（5）根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知：實驗產(chǎn)物中氣體質(zhì)量為：（48.48g+3.20g+2.00g）-52.24 g=1.44 g，
根據(jù)氧化鐵的質(zhì)量可計算出氧化鐵中氧元素的質(zhì)量為：3.2g×

16×3

16×3+56×2

=0.96g，
則碳元素的質(zhì)量為氣體質(zhì)量減去氧元素的質(zhì)量為：1.44g-0.96g=0.48g，
故答案為：0.48g；
（6）根據(jù)參加反應(yīng)的碳元素質(zhì)量為0.48g，氧元素質(zhì)量為0.96g，則反應(yīng)后的氣體中碳、氧原子的物質(zhì)的量之比=

0.48g

12g/mol

÷

0.96g

16g/mol

=2：3，與二氧化碳中碳、氧原子的物質(zhì)的量比1：2不相符，
故答案為：根據(jù)（5）計算，反應(yīng)后的氣體中碳、氧原子的物質(zhì)的量之比為2：3，與二氧化碳中碳、氧原子的物質(zhì)的量比不相符；
（7）反應(yīng)后的氣體中碳、氧原子的物質(zhì)的量之比為2：3，則所的氣體是CO和CO₂，方程式為：2C+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+CO↑+CO₂↑，
故答案為：CO和CO₂ ；2C+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+CO↑+CO₂↑；
（8）一氧化碳有毒，需加尾氣處理裝置．故答案為：未考慮尾氣可能有CO，氣體排放會污染大氣，點燃尾氣

點評：本題屬于實驗探究題，既有實驗方法和過程的探究，又有實驗數(shù)據(jù)的分析和結(jié)論的探究，綜合性比較強(qiáng)．