Question

16．某研究性學(xué)習(xí)小組對過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)中氣體產(chǎn)物的成分進行了研究．

【提出假設(shè)】該反應(yīng)中的氣體產(chǎn)物可能是CO或者是CO₂和CO的混合物．
【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．
【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．
試回答下列問題：
（l）按上圖連接裝置，如何檢查該裝置的氣密性在整套裝置末端接一帶彎玻璃導(dǎo)管的乳膠管，并將玻璃導(dǎo)管末端放在盛有水的水槽中；用酒精燈在氣體發(fā)生裝置下面微熱（打開彈簧夾），玻璃導(dǎo)管末端有氣泡產(chǎn)生；停止加熱后，玻璃導(dǎo)管內(nèi)上升一段水柱，則不漏氣
（2）廣口瓶內(nèi)盛放的試劑為濃硫酸，其作用為吸收產(chǎn)生的氮氣中的水，獲得干燥的氮氣
（3）實驗開始時，應(yīng)先打開彈簧夾，一段時間后關(guān)閉；再點燃酒精噴燈，理由是為了排盡整套裝置中的空氣
（4）稱取3.20g氧化鐵、2.00g炭粉混合均勻，放入質(zhì)量為48.48g的硬質(zhì)玻璃管中；待反應(yīng)結(jié)束，再通一段時間的氮氣．冷卻至室溫，稱得硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量為52.24g．經(jīng)進一步測定得知參加反應(yīng)的氧元素質(zhì)量為0.96g．從而確認該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是C0₂和CO 的混合物，理由是經(jīng)計算反應(yīng)后的氣體中碳、氧原子的物質(zhì)的量之比為 2：3，介于 $\frac{1}{2}$ 和 1 之間．根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果判斷，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體中n（C0₂）：n（CO）=1：1．
（5）有同學(xué)根據(jù)實驗得出的結(jié)論，認為應(yīng)對實驗裝置進一步完善，你認為應(yīng)作如何改進？

Answer 1

分析 （1）依據(jù)連接裝置內(nèi)氣體壓強變化和液面變化進行檢驗是否漏氣，檢查時分液漏斗活塞關(guān)閉，彈簧夾打開，裝置最后連接通入水中的導(dǎo)氣管，加熱燒瓶依據(jù)最后導(dǎo)氣管中 液面變化判斷；
（2）通入加熱的玻璃管中需要對氣體進行干燥；
（3）實驗開始時，應(yīng)先打開彈簧夾，一段時間后關(guān)閉；再點燃酒精噴燈是為了排凈裝置中的空氣；
（4）根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知反應(yīng)后獲得氣體的質(zhì)量為前后玻璃管內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量之差，根據(jù)氧化鐵的質(zhì)量可計算出氧元素的質(zhì)量，則碳元素的質(zhì)量為氣體質(zhì)量減去氧元素的質(zhì)量；
（5）尾氣中含有有毒的氣體不能排放到空氣中污染環(huán)境，需要進行尾氣處理．

解答 解：（l）依據(jù)連接裝置內(nèi)氣體壓強變化和液面變化進行檢驗是否漏氣，在整套裝置末端接一帶彎玻璃導(dǎo)管的乳膠管，并將玻璃導(dǎo)管末端放在盛有水的水槽中；用酒精燈在氣體發(fā)生裝置下面微熱（打開彈簧夾），玻璃導(dǎo)管末端有氣泡產(chǎn)生；停止加熱后，玻璃導(dǎo)管內(nèi)上升一段水柱，則不漏氣，
故答案為：在整套裝置末端接一帶彎玻璃導(dǎo)管的乳膠管，并將玻璃導(dǎo)管末端放在盛有水的水槽中；用酒精燈在氣體發(fā)生裝置下面微熱（打開彈簧夾），玻璃導(dǎo)管末端有氣泡產(chǎn)生；停止加熱后，玻璃導(dǎo)管內(nèi)上升一段水柱，則不漏氣；
（2）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)制得氮氣中含有水蒸氣，通入玻璃管前需要用濃硫酸干燥，目的是吸收氮氣中的水蒸氣得到干燥氮氣，
故答案為：濃硫酸，吸收產(chǎn)生的氮氣中的水，獲得干燥的氮氣；
（3）實驗開始時，應(yīng)先打開彈簧夾，一段時間后關(guān)閉；再點燃酒精噴燈是為了排凈裝置中的空氣，使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)，
故答案為：為了排盡整套裝置中的空氣；
（4）根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知：實驗產(chǎn)物中氣體質(zhì)量為：（48.48g+3.20g+2.00g）-52.24 g=1.44 g，
根據(jù)氧化鐵的質(zhì)量可計算出氧化鐵中氧元素的質(zhì)量為：3.2g×$\frac{16×3}{16×+56×2}$=0.96g，
則碳元素的質(zhì)量為氣體質(zhì)量減去氧元素的質(zhì)量為：1.44g-0.96g=0.48g，
根據(jù)參加反應(yīng)的碳元素質(zhì)量為0.48g，氧元素質(zhì)量為0.96g，則反應(yīng)后的氣體中碳、氧原子的物質(zhì)的量之比=$\frac{0.48g}{12g/mol}$：$\frac{0.96g}{16g/mol}$=2：3，與二氧化碳中碳、氧原子的物質(zhì)的量比1：2不相符，經(jīng)計算反應(yīng)后的氣體中碳、氧原子的物質(zhì)的量之比為 2：3，介于 1/2 和 1 之間，說明該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是C0₂和CO的混合物；反應(yīng)產(chǎn)生的氣體中n（CO₂）：n（CO）=1：1；
故答案為：經(jīng)計算反應(yīng)后的氣體中碳、氧原子的物質(zhì)的量之比為 2：3，介于 $\frac{1}{2}$ 和 1 之間；1：1；
（5）尾氣中含有有毒的氣體不能排放到空氣中污染環(huán)境，需要進行尾氣處理，
答：對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；

點評 本題考查了物質(zhì)組成的探究實驗分析，實驗過程判斷，物質(zhì)性質(zhì)的掌握和元素守恒的計算應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．