Question

（12分）某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究。

(1)提出假设：

①该反应的气体产物是CO₂；

②该反应的气体产物是CO；

③该反应的气体产物是               。

(2)计方案  如图所示，将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件下与过量炭粉完全反应，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比。

(3)查阅资料：

氮气不与碳、氧化铁发生反应。实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO₂）饱和溶液混合加热反应制得氮气。请写出该反应的离子方程式：                             。

(4)实验步骤：

①按上图连接装置，并检查装置的气密性，称取3.20g氧化铁、2.00g碳粉混合均匀，放入48.48g的硬质玻璃管中；

②加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气；

③停止通入N₂后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水（足量）变浑浊；

④待反应结束，再缓缓通入一段时间的氮气。冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24g；

⑤过滤出石灰水中的沉淀，洗涤、烘干后称得质量为2.00g。

步骤②、④中都分别通入N₂，其作用分别为                                   。

(5)数据处理：

试根据实验数据分析，写出该实验中氧化铁与碳发生反应的化学方程式：

                                     。

(6)实验优化：

学习小组有同学认为应对实验装置进一步完善。

①甲同学认为：应将澄清石灰水换成Ba(OH)₂溶液，其理由是                   。

②从环境保护的角度，请你再提出一个优化方案将此实验装置进一步完善：

                                                            。

Answer

⑴CO2、CO的混合物

⑶NH4++NO2—N2↑+2H2O

⑷步骤②中是为了排除空气中的CO2，步骤④是为了赶出所有的CO2，确保完全吸收

⑸2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑

⑹①Ba(OH)2溶解度大，浓度大，使CO2被吸收的更完全；M (BaCO3)＞M(CaCO3)，称量时相对误差小。②在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气处理装置

【解析】

试题分析：（1）根据极端假设可知还有一种情况就是两者的混合物，即CO2、CO的混合物。

（3）用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO2）饱和溶液制氮气反应的离子方程式为：NH4++NO2—N2↑+2H2O。

（4）步骤②通入氮气的目的是排除装置中的CO2。步骤④通入氮气的目的是将生成的CO2全部通入澄清石灰水中。

（5）由题意可知碳粉过量，产生的CO2为0.02mol，剩余的固体为3.76g，所以固体中有单质铁2.24g，则剩余的碳粉为3.76-2.24=1.52g，所以参加反应的碳粉为2-1.52=0.48g=0.04mol，则可以确定生成CO为0.02mol，因此方程式为：2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑。

（6）①应将澄清石灰水换成Ba(OH)2溶液的原因是Ba(OH)2溶解度大，浓度大，使CO2被吸收的更完全，M (BaCO3)＞M(CaCO3)，称量时相对误差小。②从环保的角度来看生成的CO也要处理掉，因此应该在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气处理装置

考点：化学实验