Question

某研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵（Fe₂O₃）反應的氣體產(chǎn)物成分進行研究．
（1）提出假設
①該反應的氣體產(chǎn)物是

 

；
②該反應的氣體產(chǎn)物是

 

；
③該反應的氣體產(chǎn)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(zhì)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．請寫出該反應的化學方程式：

 

；
（4）實驗步驟
①按上圖連接裝置，并檢查裝置的氣密性，稱取4.80g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待反應結(jié)束，再緩緩通入一段時間的氮氣，冷卻至室溫，稱得硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量為53.12g；
⑤過濾出石灰水中的沉淀，洗滌、烘干后稱得質(zhì)量為3.00g．
步驟②、④中都分別通入N₂，其作用分別為：
步驟②

 

；
步驟④

 

；
（5）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)生反應的化學方程式：

 

；
（6）實驗優(yōu)化
該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

 

；
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

考點：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實驗探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：（1）根據(jù)假設①可以得出假設②、③的內(nèi)容；
（3）氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液混合加熱反應可以制得氮氣；
（4）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；
（5）根據(jù)質(zhì)量守恒判斷氣體的組成，根據(jù)質(zhì)量關系計算氣體的物質(zhì)的量之間的關系，進而書寫化學方程式；
（6）①根據(jù)氫氧化鈣和氫氧化鋇的溶解度及生成沉淀的質(zhì)量大小來思考；
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．

解答： 解：（1）過量炭粉與氧化鐵反應的氣體產(chǎn)物可能有：①CO、②CO₂、③CO₂、CO的混合物，故答案為：CO；CO₂；CO₂和CO的混合物；
（3）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(zhì)量守恒還應用水，則反應的化學方程式為NaNO₂+NH₄Cl 

△   .

 N₂↑+NaCl+H₂O，
故答案為：NaNO₂+NH₄Cl 

△   .

 N₂↑+NaCl+H₂O；
（4）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，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：為了排盡空氣；是將生成CO₂氣體全部趕入澄清石灰水中，使CO₂被充分吸收；
（5）4.80g氧化鐵的物質(zhì)的量為=

4.80g

160g/mol

=0.03mol，澄清石灰水變渾濁，說明有CO₂氣體生成，
則n（CO₂）=n（CaCO₃）=

3.00g

100g/mol

=0.03mol，m（CO₂）=0.03mol×44g/mol=1.32g，
反應后硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量變化為48.48g+4.800g+2.00g-53.12g=2.16g，大于1.32g，則生成其氣體為CO₂、CO的混合物，混合氣體中含有CO質(zhì)量為：2.16g-1.32g=0.84g，CO的物質(zhì)的量為：

0.84g

28g/mol

=0.03mol，所以CO、CO₂的混合氣體物質(zhì)的量比為1：1，所以方程式為：Fe₂O₃+2C 

△   .

CO↑+CO₂↑+2Fe，
故答案為：Fe₂O₃+2C 

△   .

CO↑+CO₂↑+2Fe；
（6）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(zhì)量大于碳酸鈣的，稱量時相對誤差�。�
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，故答案為：在裝置后加一個點燃的酒精燈除尾氣CO或增加一尾氣處理裝置．

點評：本題是一道綜合型的實驗知識題目，考查學生分析和解決問題的能力，方程式的書寫難度較大，注意利用數(shù)據(jù)計算．