Question

3．某研究性學(xué)習(xí)小組對過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物成分進(jìn)行研究．
（1）提出假設(shè)
①該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO₂．
②該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO．
③該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO₂、CO的混合物．
（2）設(shè)計方案
如圖所示，將一定量的氧化鐵在隔絕空氣的條件下與過量炭粉完全反應(yīng)，測定參加反應(yīng)的碳元素與氧元素的質(zhì)量比．

（3）查閱資料
氮氣不與碳、氧化鐵發(fā)生反應(yīng)．實驗室可以用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液混合加熱反應(yīng)制得氮氣．請寫出該反應(yīng)的離子方程式：NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O．
（4）實驗步驟
①按圖連接裝置，并檢查裝置的氣密性，稱取3.20g氧化鐵、2.00g碳粉混合均勻，放入48.48g的硬質(zhì)玻璃管中；
②加熱前，先通一段時間純凈干燥的氮氣；
③停止通入N₂后，夾緊彈簧夾，加熱一段時間，澄清石灰水（足量）變渾濁；
④待反應(yīng)結(jié)束，再緩緩?fù)ㄈ胍欢螘r間的氮氣．冷卻至室溫，稱得硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量為52.24g；
⑤過濾出石灰水中的沉淀，洗滌、烘干后稱得質(zhì)量為2.00g．
步驟②、④中都分別通入N₂，其作用分別為步驟②中是為了排盡空氣；步驟④是為了趕出所有的CO₂，確保完全吸收．
（5）數(shù)據(jù)處理
試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，寫出該實驗中氧化鐵與碳發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：2C+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO₂↑．
（6）實驗優(yōu)化  學(xué)習(xí)小組有同學(xué)認(rèn)為應(yīng)對實驗裝置進(jìn)一步完善．
①甲同學(xué)認(rèn)為：應(yīng)將澄清石灰水換成Ba（OH）₂溶液，其理由是氫氧化鋇的溶解度大，濃度大，使二氧化碳被吸收的更完全．
②從環(huán)境保護(hù)的角度，請你再提出一個優(yōu)化方案將此實驗裝置進(jìn)一步完善：在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)產(chǎn)物可能是二氧化碳或一氧化碳，或二氧化碳和一氧化碳；
（3）用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液混合加熱反應(yīng)制得氮氣、氯化鈉和水，根據(jù)反應(yīng)物、生成物及其質(zhì)量守恒定律可以書寫化學(xué)方程式；
（4）空氣中含有二氧化碳，分別通入N₂，其作用分別為：排盡裝置中的空氣，使生成的二氧化碳全部被石灰水吸收；
（5）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析可知，該實驗中氧化鐵與碳發(fā)生反應(yīng)生成了鐵、一氧化碳和二氧化碳；
（6）氫氧化鋇比氫氧化鈣更易溶于水，尾氣擴散到空氣中會污染環(huán)境，需要尾氣處理．

解答 解：（1）①該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO₂．②該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO．③該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是二氧化碳和一氧化碳的混合氣體，
故答案為：CO₂、CO的混合物；
（3）氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液混合加熱反應(yīng)時，能生成氮氣、氯化鈉和水，化學(xué)方程式為：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+NaCl+2H₂0，離子方程式為：NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O，
故答案為：NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O；
（4）步驟②、④中都分別通入N₂，其作用分別為：排盡裝置中的空氣，使生成的二氧化碳全部被石灰水吸收．
故答案為：排盡裝置中的空氣；使生成的二氧化碳全部被石灰水吸收；
（5）生成氣體的質(zhì)量為：3.20g+2.00g+48.48g-52.4g=1.28g，
設(shè)二氧化碳的質(zhì)量為X，
Ca（OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O，
         44    100
        X     2.00g 
X=0.88g，
生成氣體的質(zhì)量與二氧化碳的質(zhì)量之差就是生成的一氧化碳的質(zhì)量，一氧化碳的質(zhì)量為：1.28g-0.88g=0.4g；
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，該實驗中氧化鐵與碳發(fā)生反應(yīng)生成鐵、一氧化碳和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe₂O₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+CO₂↑+CO↑．
故答案為：Fe₂O₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+CO₂↑+CO↑；
（6）①甲同學(xué)認(rèn)為：應(yīng)將澄清石灰水換成Ba（OH）₂溶液，其理由是氫氧化鋇易溶于水，溶解度大，濃度大可以吸收更多的二氧化碳．
故答案為：氫氧化鋇的溶解度大，濃度大，使二氧化碳被吸收的更完全；
②從環(huán)境保護(hù)的角度，應(yīng)該對尾氣進(jìn)行處理，方法是點燃或收集尾氣，具體操作為：在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置，
故答案為：在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置．

點評 化學(xué)實驗現(xiàn)象是化學(xué)實驗最突出、最鮮明的部分，也是進(jìn)行分析推理得出結(jié)論的依據(jù)，掌握物質(zhì)的性質(zhì)和相互之間的反應(yīng)關(guān)系，并有助于提高觀察、實驗?zāi)芰Γ�題目難度中等．