Question

3．某研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵反應的氣體產物成分進行研究．
（1）提出假設
①該反應的氣體產物是CO₂．
②該反應的氣體產物是CO．
③該反應的氣體產物是CO₂、CO的混合物．
（2）設計方案
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，測定參加反應的碳元素與氧元素的質量比．

（3）查閱資料
氮氣不與碳、氧化鐵發(fā)生反應．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制得氮氣．請寫出該反應的離子方程式：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待反應結束，再緩緩通入一段時間的氮氣．冷卻至室溫，稱得硬質玻璃管和固體總質量為52.24g；
⑤過濾出石灰水中的沉淀，洗滌、烘干后稱得質量為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)生反應的化學方程式：2C+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO₂↑．
（6）實驗優(yōu)化  學習小組有同學認為應對實驗裝置進一步完善．
①甲同學認為：應將澄清石灰水換成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)境保護的角度，請你再提出一個優(yōu)化方案將此實驗裝置進一步完善：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）反應產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制得氮氣、氯化鈉和水，根據(jù)反應物、生成物及其質量守恒定律可以書寫化學方程式；
（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該反應的氣體產物是CO₂．②該反應的氣體產物是CO．③該反應的氣體產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時，能生成氮氣、氯化鈉和水，化學方程式為：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）生成氣體的質量為：3.20g+2.00g+48.48g-52.4g=1.28g，
設二氧化碳的質量為X，
Ca（OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O，
         44    100
        X     2.00g 
X=0.88g，
生成氣體的質量與二氧化碳的質量之差就是生成的一氧化碳的質量，一氧化碳的質量為：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)生反應生成鐵、一氧化碳和二氧化碳，反應的化學方程式為：Fe₂O₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+CO₂↑+CO↑．
故答案為：Fe₂O₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+CO₂↑+CO↑；
（6）①甲同學認為：應將澄清石灰水換成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)境保護的角度，應該對尾氣進行處理，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 化學實驗現(xiàn)象是化學實驗最突出、最鮮明的部分，也是進行分析推理得出結論的依據(jù)，掌握物質的性質和相互之間的反應關系，并有助于提高觀察、實驗能力，題目難度中等．