Question

5．某研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵反應的氣體產(chǎn)物成分進行研究．

設計方案如圖1，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．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸點/℃	136.4	1090	1412	3287

（1）查閱資料：
①氮氣不與炭粉、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）飽和溶液混合加熱制得氮氣．寫出該反應的離子方程式：NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O．
②使上述制得的氣體通過B裝置方能獲得干燥的N₂
（2）實驗步驟：
①按圖2連接裝置，并檢查裝置的氣密性，稱取3.20g氧化鐵、2.00g炭粉混合均勻，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通入氮氣的目的是排除裝置中的O₂；步驟④通入氮氣的目的是將生成的CO₂全部通入澄清的石灰水中．
（3）數(shù)據(jù)處理：
①試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，該反應的氣體產(chǎn)物是CO₂和CO，理由是過量炭粉與二氧化碳氣體反應生成CO氣體
②寫出該實驗中氧化鐵與炭粉發(fā)生反應的化學方程式：2C+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO₂↑．
（4）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，其理由是將澄清的石灰水換成Ba（OH）₂溶解度大，濃度大，使CO₂被吸收更完全；碳酸鋇的相對原子質量大于碳酸鈣的，稱量時相對誤差�。�
②pC類似pH，是指極稀溶液中溶質物質的量濃度的常用對數(shù)負值．如某溶液溶質的濃度為：1×10^-3mol/L，則該溶液中該溶質的pC=-lg1×10^-3=3．現(xiàn)向0.2mol/LBa（OH）₂溶液中通入CO₂氣體，沉淀開始產(chǎn)生時，溶液中CO₃^2-的PC值為7.6（已知：lg2=0.2；K_sp（BaCO₃）=5.0x10^-9）
③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．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)反應物和生成物，結合質量守恒書寫反應的離子方程式；
②Mg與氮氣反應消耗，氮氣不能與濃硫酸反應，通過飽和碳酸鈉與碳酸氫鈉溶液，溶液中有水，均起不到干燥的作用；
（2）如果不排盡空氣，那么空氣中的氧氣會與炭粉反應影響反應后生成氣體的組成；
（3）①碳粉與氧化鐵反應生成二氧化碳氣體，過量炭粉與二氧化碳氣體反應生成CO氣體；
②C與氧化鐵反應生成Fe、CO和二氧化碳；
（4）①氫氧化鈣為微溶物，氫氧化鋇為易溶物，故氫氧化鋇的濃度大，吸收二氧化碳的體積大，據(jù)此解答即可；
②BaCO₃?Ba²⁺+CO₃^2-，Ksp為離子濃度冪之比，由溶液中的鋇離子濃度為0.2mol，據(jù)此來計算CO₃^2-濃度；
③一氧化碳是一種有毒氣體，可以通過點燃來進行尾氣處理．

解答 解：（1）①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，反應物有NH₄Cl和NaNO₂，生成物為N₂，根據(jù)質量守恒還應用水，則反應的化學方程式為NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O，故答案為：NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O； 
②Mg與氮氣反應消耗，氮氣不能與濃硫酸反應，通過飽和碳酸鈉與碳酸氫鈉溶液，溶液中有水，均起不到干燥的作用，故答案為：B；
（2）若不排盡空氣，那么空氣中的氧氣會與炭粉反應影響反應后生成氣體的組成，所以利用穩(wěn)定的氮氣排空氣，最后確保完全吸收，反應后還要趕出所有的CO₂，
故答案為：步驟②通入氮氣的目的是排除裝置中的O₂（空氣），步驟④通入氮氣的目的是將生成的CO₂全部通入澄清的石灰水中；
（3）①碳粉與氧化鐵反應生成二氧化碳氣體，過量炭粉與二氧化碳氣體反應生成CO氣體，故答案為：過量炭粉與二氧化碳氣體反應生成CO氣體；
②過量炭粉與氧化鐵反應的方程式為：2C+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO₂↑，故答案為：2C+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO₂↑；
（4）①將澄清石灰水換成Ba（OH）₂溶液，這樣會使二氧化碳被吸收的更完全，稱量時相對誤差小，故答案為：氫氧化鋇的溶解度大，濃度大，使二氧化碳被吸收的更完全，碳酸鋇的相對原子質量大于碳酸鈣的，稱量時相對誤差��；
②因BaCO₃?Ba²⁺+CO₃^2-，則Ksp=c（Ba²⁺）•c（CO₃^2-），當Ba²⁺以碳酸鹽的形式開始沉淀，則c（CO₃^2-）=$\frac{5.0×1{0}^{-9}}{0.2}$=$\frac{5}{2}$×10^-8，所以pC值為-lg$\frac{5}{2}$×10^-8=7.6，故答案為：7.6；
③一氧化碳是一種有毒氣體，可以通過點燃來進行尾氣處理，故答案為：在尾氣口處加一點燃的酒精燈．

點評 本題主要考查的是物質組成與含量的測定，涉及離子反應方程式書寫、沉淀溶解平衡計算、環(huán)境保護等，綜合性較強，難度較大．