Question

（2011?南關(guān)區(qū)二模）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

CO₂和CO的混合物

．
（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．
（3）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：

NH₄⁺+NO₂^-

△   .

N₂↑+2H₂O

．
（4）實驗步驟
①按如圖連接裝置，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10.38g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53.02g；
⑤過濾出石灰水中的沉淀，洗滌、烘干后稱得質(zhì)量為1g．步驟②、④中都分別通入N₂，其作用分別為

步驟②中是為了排盡空氣，步驟④是為了趕出所有的二氧化碳，確保被完全吸收

．
（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(yīng)的化學(xué)方程式：

5C+2Fe₂O₃

△   .

4Fe+4CO+CO₂↑

．
（6）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

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，稱量時相對誤差小

．
②從環(huán)境保護的角度，請你再提出一個優(yōu)化方案：

在尾氣口處加一點燃的酒精燈

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)假設(shè)①②可以得出假設(shè)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(yīng)可以制得氮氣；
（4）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；
（5）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；
（6）①根據(jù)氫氧化鈣和氫氧化鋇的本質(zhì)區(qū)別來思考；
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(yīng)的氣體產(chǎn)物可能有：①CO、②CO₂、③CO₂、CO的混合物，故答案為：CO₂、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(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；
（4）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；
（5）3.20g氧化鐵的物質(zhì)的量為=

3.2g

160g/mol

=0.02mol，澄清石灰水變渾濁，說明有CO₂氣體生成，
則n（CO₂）=n（CaCO₃）=

2.0g

100g/mol

=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5C+2Fe₂O₃

△   .

4Fe+4CO+CO₂↑，
故答案為：2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑；
（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，稱量時相對誤差小；
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：在尾氣口處加一點燃的酒精燈．

點評：本題是一道綜合型的實驗知識題目，考查學(xué)生分析和解決問題的能力，難度較大．