Question

已知木炭粉（假设木炭粉中不含其它杂质）和Fe₂O₃ 在加热条件下发生化学反应，兴趣小组同学对该实验进行如下探究．
Ⅰ生成固体组成分析
（1）实验过程中可以观察到有黑色固体生成，小亮认为生成了铁粉，但小灵却有不同看法，理由是______．
（2）为进一步确定黑色固体成分，小欢将生成的固体溶于足量稀硫酸，发现有大量气泡产生，若同时出现______的现象，则生成的黑色固体全部是铁．
Ⅱ生成气体成分分析
提出假设：生成气体的可能组成有三种：
假设1：生成气体是二氧化碳；
假设2：生成气体是一氧化碳；
假设3：生成气体是______．
设计实验：为确定生成气体的组成，小组同学设计实验装置如图．
（1）实验中通入的气体是纯净干燥的N₂，分析不用空气的______理由是______．
A．空气中的二氧化碳会使石灰水变浑浊
B．空气中的氧气会和木炭粉反应生成CO或CO₂而干扰实验结果
C．空气中的二氧化碳、水蒸气会和木炭粉反应生成CO而干扰实验结果
（2）定性研究：若实验过程中可以观察到澄清石灰水变浑浊，则证明反应生成的气体中一定含有______．
（3）定量研究：现准确称取16.0g氧化铁与2.4g木炭粉混合，在上述装置中完全反应．测得剩余固体质量为11.2g，且能完全溶于稀盐酸．
实验结论：处理上述实验数据后可知，假设______正确．
拓展与延伸：合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe₂O₃．当催化剂中FeO与Fe₂O₃的质量之比为9：20时，其催化活性最高．现以Fe₂O₃为原料制备上述催化剂，可向其中加入适量木炭粉，发生如下反应：2Fe₂O₃+C4FeO十CO₂↑．为制得这种活性最高的催化剂，应向240g Fe₂O₃ 粉末中加入木炭粉的质量是______g．

Answer

根据氧化铁能与碳粉在加热的条件下生成铁和二氧化碳，铁粉与碳粉均为黑色固体，生成的铁能与硫酸反应生成硫酸亚铁，硫酸亚铁的水溶液为浅绿色，碳粉不能与硫酸反应，根据质量守恒定律，生成的气体由碳氧元素组成，可能是一氧化碳也可能时二氧化碳，或是二者的混合物，进行检验时，空气中含有的气体会与碳粉反应生成二氧化碳或一氧化碳而对气体造成干扰，故不能使用空气，检验二氧化碳使用的是澄清石灰水，一氧化碳有毒需进行尾气处理．
【解析】
Ⅰ（1）炭粉和四氧化三铁都是黑色固体（但是这个地方因为没有氧气，所以不会存在四氧化三铁），故答案为：有木炭粉剩余；
 （2）铁能与硫酸反应生成硫酸亚铁，硫酸亚铁的水溶液为浅绿色，碳粉不能与硫酸反应且不溶于水，故答案为：固体全部溶解；
Ⅱ提出假设：根据假设1和假设2可知气体还可能是二者的混合气体，故答案为：生成气体是CO和CO2的混合物；
设计实验：（1）空气中含有的气体会与碳粉反应生成二氧化碳或一氧化碳而对气体造成干扰，故不能使用空气，故选：BC； 
 （2）澄清石灰水变浑浊，说明生成的气体中一定含有二氧化碳，故答案为：CO2 ；
实验结论：
碳和氧化铁反应生成一氧化碳的关系式，
3C～Fe2O3～2Fe
36   160     112
可以看出16克氧化铁需要碳为3.6克，
碳和氧化铁生成二氧化碳的关系式，
3C～2Fe2O3
36   320
可以看出生成二氧化碳需要碳1.8克，
碳的质量2.4克介于两者之间，所以生成的气体含有一氧化碳、二氧化碳，故答案为：假设3；
拓展与延伸：
设需要木炭的质量为y，
2Fe2O3+C4FeO十CO2↑
320    12       288
       y       
所以生成氧化亚铁为24y，
需要氧化铁为，
（240-）：24y=20：9
y=3克，
故答案为：3．