Question

某研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)中氣體產(chǎn)物的成分進(jìn)行了研究．
[提出假設(shè)]該反應(yīng)中的氣體產(chǎn)物可能是CO或者是CO₂和CO的混合物．
[查閱資料]氮?dú)獠慌c碳、氧化鐵發(fā)生反應(yīng)．實(shí)驗(yàn)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?dú)猓?br/>[設(shè)計(jì)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(cè)定參加反應(yīng)的碳元素與氧元素的質(zhì)量比．

試回答下列問題：
（l）按上圖連接裝置，如何檢查該裝置的氣密性______
（2）廣口瓶?jī)?nèi)盛放的試劑為______，其作用為______
（3）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，應(yīng)先打開彈簧夾，一段時(shí)間后關(guān)閉；再點(diǎn)燃酒精噴燈，理由是______．
（4）稱取3.20g氧化鐵、2.00g炭粉混合均勻，放入質(zhì)量為48.48g的硬質(zhì)玻璃管中；待反應(yīng)結(jié)束，再通一段時(shí)間的氮?dú)猓�冷卻至室溫，稱得硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量為52.24g．經(jīng)進(jìn)一步測(cè)定得知參加反應(yīng)的氧元素質(zhì)量為0.96g．從而確認(rèn)該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是C0₂和CO的混合物，理由是______．根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果判斷，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體中n（CO₂）：n（CO）=______．
（5）有同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論，認(rèn)為應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)一步完善，你認(rèn)為應(yīng)作如何改進(jìn)？______．

Answer 1

解：（l）依據(jù)連接裝置內(nèi)氣體壓強(qiáng)變化和液面變化進(jìn)行檢驗(yàn)是否漏氣，在整套裝置末端接一帶彎玻璃導(dǎo)管的乳膠管，并將玻璃導(dǎo)管末端放在盛有水的水槽中；用酒精燈在氣體發(fā)生裝置下面微熱（打開彈簧夾），玻璃導(dǎo)管末端有氣泡產(chǎn)生；停止加熱后，玻璃導(dǎo)管內(nèi)上升一段水柱，則不漏氣，
故答案為：在整套裝置末端接一帶彎玻璃導(dǎo)管的乳膠管，并將玻璃導(dǎo)管末端放在盛有水的水槽中；用酒精燈在氣體發(fā)生裝置下面微熱（打開彈簧夾），玻璃導(dǎo)管末端有氣泡產(chǎn)生；停止加熱后，玻璃導(dǎo)管內(nèi)上升一段水柱，則不漏氣；
（2）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?dú)庵泻�有水蒸氣，通入玻璃管前需要用濃硫酸干燥，目的是吸收氮�(dú)庵械乃�蒸氣得到干燥氮�(dú)猓?br/>故答案為：濃硫酸，吸收產(chǎn)生的氮?dú)庵械乃�，獲得干燥的氮?dú)猓?br/>（3）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，應(yīng)先打開彈簧夾，一段時(shí)間后關(guān)閉；再點(diǎn)燃酒精噴燈是為了排凈裝置中的空氣，使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)，
故答案為：為了排盡整套裝置中的空氣；
（4）根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知：實(shí)驗(yàn)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(jì)算出氧化鐵中氧元素的質(zhì)量為：3.2g×=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，
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=：=2：3，與二氧化碳中碳、氧原子的物質(zhì)的量比1：2不相符，經(jīng)計(jì)算反應(yīng)后的氣體中碳、氧原子的物質(zhì)的量之比為 2：3，介于 1/2 和 1 之間，說明該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是C0₂和CO的混合物；反應(yīng)產(chǎn)生的氣體中n（CO₂）：n（CO）=1：1；
故答案為：經(jīng)計(jì)算反應(yīng)后的氣體中碳、氧原子的物質(zhì)的量之比為 2：3，介于 1/2 和 1 之間；1：1；
（5）尾氣中含有有毒的氣體不能排放到空氣中污染環(huán)境，需要進(jìn)行尾氣處理，故答案為：在尾氣出口處加一點(diǎn)燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置．
分析：（1）依據(jù)連接裝置內(nèi)氣體壓強(qiáng)變化和液面變化進(jìn)行檢驗(yàn)是否漏氣，檢查時(shí)分液漏斗活塞關(guān)閉，彈簧夾打開，裝置最后連接通入水中的導(dǎo)氣管，加熱燒瓶依據(jù)最后導(dǎo)氣管中 液面變化判斷；
（2）通入加熱的玻璃管中需要對(duì)氣體進(jìn)行干燥；
（3）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，應(yīng)先打開彈簧夾，一段時(shí)間后關(guān)閉；再點(diǎn)燃酒精噴燈是為了排凈裝置中的空氣；
（4）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(jì)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；
（5）尾氣中含有有毒的氣體不能排放到空氣中污染環(huán)境，需要進(jìn)行尾氣處理．
點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)組成的探究實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)過程判斷，物質(zhì)性質(zhì)的掌握和元素守恒的計(jì)算應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．