Question

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）设计方案

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

（1）CO2、CO的混合物；

（3）NH4++NO2﹣N2↑+2H2O；

（4）步骤②中是为了排尽空气；步骤④是为了赶出所有的CO2，确保完全吸收；

（5）2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑；

（6）①氢氧化钡的溶解度大，浓度大，使二氧化碳被吸收的更完全，碳酸钡的相对原子质量大于碳酸钙的，称量时相对误差小；

②在尾气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）过量炭粉与氧化铁反应的气体产物可能有：①CO、②CO2、③CO2、CO的混合物三种情况；

（3）氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO2）饱和溶液混合加热反应可以制得氮气；

（4）⑤根据前后两次通入氮气的时间和减小实验误差角度来分析；

（5）根据质量守恒判断气体的组成，根据质量关系计算气体的物质的量之间的关系，进而书写化学方程式；

（6）①根据氢氧化钙和氢氧化钡的本质区别来思考；

②一氧化碳是一种有毒气体，可以通过点燃来进行尾气处理．

【解析】
（1）过量炭粉与氧化铁反应的气体产物可能有：①CO、②CO2、③CO2、CO的混合物，

（3）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，反应物有NH4Cl和NaNO2，生成物为N2，根据质量守恒还应用水，则反应的化学方程式为NH4++NO2﹣N2↑+2H2O，

（4）如果不排尽空气，那么空气中的氧气会与炭粉反应影响反应后生成气体的组成，所以利用稳定的氮气排空气，最后确保完全吸收，反应后还要赶出所有的CO2，

（5）3.20g氧化铁的物质的量为==0.02mol，澄清石灰水变浑浊，说明有CO2气体生成，则n（CO2）=n（CaCO3）==0.02mol，m（CO2）=0.02mol×44g/mol=0.88g，

反应后硬质玻璃管和固体总质量变化为1.44g大于0.88g，

则生成其气体为CO2、CO的混合物，

设混合气体中含有ymolCO，

则0.88g+28yg=1.44g，

y=0.02mol，

所以CO、CO2的混合气体物质的量比为1：1，所以方程式为 2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑，

（6）①将澄清石灰水换成Ba（OH）2溶液，这样会使二氧化碳被吸收的更完全，称量时相对误差小，②一氧化碳是一种有毒气体，可以通过点燃来进行尾气处理或增加一尾气处理装置.