Question

(10分) 某研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵（Fe₂O₃）反應的氣體產物成分進行研究。

（1）提出假設

①氣體產物是CO₂。   ②氣體產物是CO。    ③氣體產物是              。

（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，該反應的離子方程式：                      。

（4）實驗步驟

①按上圖連接裝置，并檢查裝置的氣密性，稱取3.20g氧化鐵、0.48g碳粉混合均勻，放入50.00g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                            。

（5）數(shù)據(jù)處理

試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析判斷，前面的假設_________(填①、②、③)是正確的。寫出該實驗中氧化鐵與碳發(fā)生反應的化學方程式：                                  。

 

Answer 1

⑴CO₂、CO的混合物  ⑶NH₄⁺+NO₂^—N₂↑+2H₂O

⑷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

⑸ ③  2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑（各2分）

解析:（1）在還原氧化鐵的反應中碳既可以被氧化生成CO，也可能被氧化生成CO₂，故假設③應是CO₂、CO的混合物。

（3）亞硝酸鈉具有氧化性，可以氧化氯化銨生成氮氣，反應的離子方程式為

NH₄⁺+NO₂^—N₂↑+2H₂O。

（4）因為反應需要隔絕空氣，故反應前先用氮氣排盡裝置中的空氣。反應結束后為使反應中生成的CO₂氣體完全被石灰水吸收，需要利用氮氣將裝置中的氣體全部排除，易便于被完全吸收。

（5）由條件知反應中生成的氣體質量是3.20g＋0.48g＋50.00g－52.24g＝1.44g。最后所得沉淀是碳酸鈣，其物質的量是0.02mol，所以吸收的CO₂的質量是0.02mol×44g·mol^－1＝0.88g，因此CO的質量是1.44g－088g＝0.56g，其物質的量是。又因為氧化鐵和碳的物質的量分別是

、.所以氧化鐵、碳、鐵、CO、CO₂的物質的量之比是1︰2︰2︰1︰1，所以發(fā)生反應的化學方程式為

2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑。