Question

10．某研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)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
設(shè)計(jì)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(cè)定參加反應(yīng)的碳元素與氧元素的質(zhì)量比．

（2）查閱資料：氮?dú)獠慌c碳、氧化鐵發(fā)生反應(yīng)．實(shí)驗(yàn)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?dú)猓��?qǐng)寫出該反應(yīng)的離子方程式：NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O．
（3）實(shí)驗(yàn)步驟：
①按上圖連接裝置，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(shí)間純凈干燥的氮?dú)猓?br />③停止通入N₂后，夾緊彈簧夾，加熱一段時(shí)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(shí)間的氮?dú)猓�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，其作用分別為反應(yīng)前排盡裝置內(nèi)的空氣、確保反應(yīng)得到的CO₂全部通過B裝置
（4）數(shù)據(jù)處理：試根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，寫出該實(shí)驗(yàn)中氧化鐵與碳發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe₂O₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO₂↑．
（5）實(shí)驗(yàn)反思：學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)小組有同學(xué)認(rèn)為應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)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Ba（OH）₂的溶解度大于Ca（OH）₂，保證產(chǎn)生的CO₂全部被裝置B吸收，避免其逸出造成測(cè)定誤差．
②此裝置存在一定缺陷，請(qǐng)你指出沒有尾氣處理裝置．

Answer 1

分析 （1）在還原氧化鐵的反應(yīng)中碳既可以被氧化生成CO，也可能被氧化生成CO₂，故假設(shè)③應(yīng)是CO₂、CO的混合物；
（2）發(fā)生氧化還原反應(yīng)，銨根離子與亞硝酸離子生成氮?dú)�、水�?br />（3）防止空氣參與反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)前用氮?dú)馀疟M裝置中的空氣．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，確保反應(yīng)得到的CO₂全部通過B裝置；
（4）根據(jù)⑤可知生成物CO₂的物質(zhì)的量是$\frac{2.00g}{100g/mol}$=0.02mol，其質(zhì)量是0.88g，根據(jù)④可知反應(yīng)中生成的氣體共48.48g+3.2g+2.0g-52.24g=1.44g，因此CO的質(zhì)量是1.44g-0.88g=0.56g，其物質(zhì)的量是$\frac{0.56g}{28g/mol}$=0.02mol，即CO和CO₂的體積之比是1：1；
（5）①氫氧化鈣的溶解度小，吸收CO₂的效果差，氫氧化鋇的溶解度大，吸收CO₂的效果要好，且碳酸鋇的相對(duì)分子質(zhì)量大于碳酸鈣的，稱量時(shí)誤差��；
②CO有毒，因此要有尾氣處理裝置．

解答 解：（1）在還原氧化鐵的反應(yīng)中碳既可以被氧化生成CO，也可能被氧化生成CO₂，故假設(shè)③應(yīng)是CO₂、CO的混合物，故答案為：CO₂、CO的混合物；
（2）發(fā)生氧化還原反應(yīng)，銨根離子與亞硝酸離子生成氮?dú)�、水，反�?yīng)離子方程式為NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O，故答案為：NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O；
（3）實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)防止空氣參與反應(yīng)，所以實(shí)驗(yàn)前用氮?dú)馀疟M裝置中的空氣．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，為了把生成的氣體全部排出，又需要用氮?dú)馀疟M生成的氣體，確保反應(yīng)得到的CO₂全部通過B裝置，
故答案為：反應(yīng)前排盡裝置內(nèi)的空氣、確保反應(yīng)得到的CO₂全部通過B裝置；
（4）根據(jù)⑤可知生成物CO₂的物質(zhì)的量是$\frac{2.00g}{100g/mol}$=0.02mol，其質(zhì)量是0.88g，根據(jù)④可知反應(yīng)中生成的氣體共48.48g+3.2g+2.0g-52.24g=1.44g，因此CO的質(zhì)量是1.44g-0.88g=0.56g，其物質(zhì)的量是$\frac{0.56g}{28g/mol}$=0.02mol，即CO和CO₂的體積之比是1：1，反應(yīng)方程式為：Fe₂O₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO₂↑，
故答案為：Fe₂O₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO₂↑；
（5）①氫氧化鈣的溶解度小，吸收CO₂的效果差，氫氧化鋇的溶解度大，吸收CO₂的效果要好，且碳酸鋇的相對(duì)分子質(zhì)量大于碳酸鈣的，稱量時(shí)誤差小，
故答案為：Ba（OH）₂的溶解度大于Ca（OH）₂，保證產(chǎn)生的CO₂全部被裝置B吸收，避免其逸出造成測(cè)定誤差；
②CO有毒，因此要有尾氣處理裝置，故答案為：沒有尾氣處理裝置．

點(diǎn)評(píng) 本題主要是考查實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、探究與評(píng)價(jià)等，注意探究實(shí)驗(yàn)的一般步驟，水對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，為高考�？碱}型，注意掌握元素化合物知識(shí)，注意實(shí)驗(yàn)中滲透環(huán)保意識(shí)、定量實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確性，難度中等．