Question

某學生研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵反應產物中氣體的成分進行研究。

(1)提出假設：該反應的氣體產物全部是二氧化碳。

(2)設計方案：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(如下圖)，測定參加反應的碳元素與氧元素的質量比。

(3)查閱資料：氮氣不與碳、氧化鐵發(fā)生反應，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制得氮氣。請寫出反應的離子方程式：_____________

______________________________________________________________________________。

(4)實驗操作：

操作步驟及實驗現(xiàn)象	簡  答
①稱取3.2 g氧化鐵與2 g炭粉均勻混合，放入48.48 g的玻璃管中，按上圖裝置連接	—
②加熱前，先通一段時間純凈、干燥的氮氣	其目的是_____________________________
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___________________________
④完全反應后，冷卻至室溫，稱得玻璃管和固體的總質量為52.24 g	—

(5)數據處理：經計算，參加反應的碳元素質量為0.48 g,氧元素質量為0.96 g。

(6)得到結論：根據數據處理結果，得出原假設不成立，理由是___________________________。

(7)根據數據處理結果，反應生成的氣體是__________，且氣體的物質的量之比是__________，該實驗的化學方程式為___________________________________________________________。

Answer 1

(3)+N₂↑+2H₂O

(4)排盡裝置中的空氣(或氧氣)  有CO₂氣體生成

(6)根據(5)計算，反應后氣體中的碳、氧原子的物質的量之比為2∶3，與假設氣體產物全部是二氧化碳不符

(7)CO、CO₂的混合氣體  1∶1  2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑

解析:

本題考查過量炭粉與氧化鐵反應產物中氣體的成分。如果不排盡空氣，那么空氣中的氧氣會與炭粉反應影響反應后生成氣體的組成，所以利用穩(wěn)定的氮氣排空氣。澄清石灰水變渾濁，說明有CO₂氣體生成。如果是二氧化碳，那么碳、氧原子的物質的量之比為1∶2，實際反應后氣體中的碳、氧原子的物質的量之比為2∶3，說明產物不純凈，有CO；設生成CO₂的物質的量為x,生成CO的物質的量為y，由題意可知：

   

    解得x=y=0.02 mol。

    所以CO、CO₂的混合氣體物質的量比為1∶1，所以方程式如下：

    2C+Fe₃O₃2Fe+CO↑+CO₂↑。