Question

【題目】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 ．
（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．

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： ．
（3）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 ．
（4）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： ．
（5）實驗優(yōu)化 學(xué)習(xí)小組有同學(xué)認為應(yīng)對實驗裝置進一步完善．①甲同學(xué)認為：應(yīng)將澄清石灰水換成Ba（OH）2溶液，其理由是 ．
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： ．

Answer 1

【答案】
（1）CO2、CO的混合物
（2）NH4++NO2﹣ N2↑+2H2O
（3）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
（4）2C+Fe2O3 2Fe+CO↑+CO2↑
（5）Ba（OH）2溶解度大，濃度大，使CO2被吸收的更完全；在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置
【解析】解：（1）過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物可能有：①CO、②CO2、③CO2、CO的混合物，則假設(shè)③為：CO2、CO的混合物，故答案為：CO2、CO的混合物；（2）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，反應(yīng)物有NH4Cl和NaNO2 ， 生成物為N2 ， 根據(jù)質(zhì)量守恒還應(yīng)用水，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NH4++NO2﹣ N2↑+2H2O，故答案為：NH4++NO2﹣ N2↑+2H2O；（3）如果不排盡空氣，那么空氣中的氧氣會與炭粉反應(yīng)影響反應(yīng)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(yīng)后還要趕出所有的CO2 ， 故答案為：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；（4）3.20g氧化鐵的物質(zhì)的量為= =0.02mol，澄清石灰水變渾濁，說明有CO2氣體生成，則n（CO2）=n（CaCO3）= =0.02mol，m（CO2）=0.02mol×44g/mol=0.88g，反應(yīng)后硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量變化為1.44g大于0.88g，則生成其氣體為CO2、CO的混合物，混合氣體中含有CO0.08mol，所以CO、CO2的混合氣體物質(zhì)的量比為4：1，所以方程式為：2C+Fe2O3 2Fe+CO↑+CO2↑，故答案為：2C+Fe2O3 2Fe+CO↑+CO2↑；（5）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；②一氧化碳是一種有毒氣體，可以通過點燃進行尾氣處理，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． （1）根據(jù)過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物可能有①CO、②CO2、③CO2、CO的混合物得出假設(shè)③；（2）氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO2）飽和溶液混合加熱反應(yīng)可以制得氮氣；（3）⑤根據(jù)前后兩次通入氮氣的時間和減小實驗誤差角度來分析；（4）根據(jù)質(zhì)量守恒判斷氣體的組成，根據(jù)質(zhì)量關(guān)系計算氣體的物質(zhì)的量之間的關(guān)系，進而書寫化學(xué)方程式；（5）①根據(jù)氫氧化鈣和氫氧化鋇的本質(zhì)區(qū)別進行分析；②一氧化碳是一種有毒氣體，可以通過點燃來進行尾氣處理．