Question

某校研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵反應產(chǎn)物中氣體的成分進行研究．

（1）提出假設：該反應的氣體產(chǎn)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：氮氣不與炭粉、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．請寫出該反應的離子方程式：

NH₄⁺+NO₂^-

△   .

N₂↑+2H₂O

．
（4）實驗操作：

操作步驟及實驗現(xiàn)象	簡答
①稱取3.2g氧化鐵與2g炭粉均勻混合，放入48.48g的玻璃管中，按如圖裝置連接
②加熱前，先通一段時間純凈、干燥的氮氣	其目的是： 排盡裝置中的空氣（或氧氣）
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： 該現(xiàn)象說明：有CO2氣體生成
④完全反應后，冷卻至室溫，稱得玻璃管和固體的總質量為52.24g

（5）數(shù)據(jù)處理：經(jīng)計算，參加反應的碳元素質量為

0.48

g．
（6）得到結論：根據(jù)數(shù)據(jù)處理結果，得出原假設不成立，理由是：

根據(jù)（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(chǎn)物全是二氧化碳不符．

（7）根據(jù)數(shù)據(jù)處理結果，反應生成的氣體是

CO、CO₂

，該實驗的化學方程式為：

2C+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+CO↑+CO₂↑

．
（8）該實驗設計存在不合理之處，請指出并說明改進方法

未考慮尾氣可能有CO，氣體排放會污染大氣，點燃尾氣

．

Answer 1

分析：（3）根據(jù)題意信息：用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液混合加熱反應制得氮氣來寫離子化學方程式；
（4）碳做還原劑時裝置中要隔絕空氣，避免碳發(fā)生燃燒，因此用氮氣把整個裝置內的空氣排出去．檢驗二氧化碳時要用澄清的石灰水；
（5）根據(jù)質量守恒定律可知反應后獲得氣體的質量為前后玻璃管內物質的質量之差，根據(jù)氧化鐵的質量可計算出氧元素的質量，則碳元素的質量為氣體質量減去氧元素的質量；
（6）根據(jù)二氧化碳中的碳氧質量比和題中的氣體中碳氧質量比進行比較解答；
（7）根據(jù)（6）判斷出氣體組成，根據(jù)（5）知道參加反應碳的質量，由氧化鐵和碳的物質的量比可直接寫出方程式；
（8）一氧化碳有毒可以通過點燃來進行尾氣處理．

解答：解：（3）氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液混合加熱發(fā)生的反應為：NH₄⁺+NO₂^-

△   .

N₂↑+2H₂O，
故答案為：NH₄⁺+NO₂^-

△   .

N₂↑+2H₂O；
（4）碳會與空氣中的氧氣反應，故碳做還原劑時裝置中要隔絕空氣，避免碳發(fā)生燃燒．故答案為：排盡裝置中的空氣（或氧氣）；
（5）根據(jù)質量守恒定律可知：實驗產(chǎn)物中氣體質量為：（48.48g+3.20g+2.00g）-52.24 g=1.44 g，
根據(jù)氧化鐵的質量可計算出氧化鐵中氧元素的質量為：3.2g×

16×3

16×3+56×2

=0.96g，
則碳元素的質量為氣體質量減去氧元素的質量為：1.44g-0.96g=0.48g，
故答案為：0.48g；
（6）根據(jù)參加反應的碳元素質量為0.48g，氧元素質量為0.96g，則反應后的氣體中碳、氧原子的物質的量之比=

0.48g

12g/mol

÷

0.96g

16g/mol

=2：3，與二氧化碳中碳、氧原子的物質的量比1：2不相符，
故答案為：根據(jù)（5）計算，反應后的氣體中碳、氧原子的物質的量之比為2：3，與二氧化碳中碳、氧原子的物質的量比不相符；
（7）反應后的氣體中碳、氧原子的物質的量之比為2：3，則所的氣體是CO和CO₂，方程式為：2C+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+CO↑+CO₂↑，
故答案為：CO和CO₂ ；2C+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+CO↑+CO₂↑；
（8）一氧化碳有毒，需加尾氣處理裝置．故答案為：未考慮尾氣可能有CO，氣體排放會污染大氣，點燃尾氣

點評：本題屬于實驗探究題，既有實驗方法和過程的探究，又有實驗數(shù)據(jù)的分析和結論的探究，綜合性比較強．