Question

某學(xué)生研究性學(xué)習(xí)小組對過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)產(chǎn)物中氣體的成分進(jìn)行研究。

(1)提出假設(shè)：該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物全部是二氧化碳。

(2)設(shè)計方案：將一定量的氧化鐵在隔絕氧氣條件下與過量炭粉完全反應(yīng)(如下圖)，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)，可采用隔絕氧氣。實驗室可以用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉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：

___________________________。

(4)實驗操作：

操作步驟及實驗現(xiàn)象	簡答
稱取3.2 g氧化鐵與2 g炭粉均勻混合，放入48.48 g的玻璃管中，按上圖裝置連接	—
②加熱前，先通一段時間純凈、干燥的氮氣	其目的是：_________________
③夾緊T處彈簧夾，加熱一段時間，澄清石灰水變渾濁	該現(xiàn)象說明：_________________
④完全反應(yīng)后，冷卻至室溫，稱得玻璃管和固體的總質(zhì)量為52.24 g	—

(5)數(shù)據(jù)處理：經(jīng)計算，參加反應(yīng)的碳元素質(zhì)量為0.48 g，氧元素質(zhì)量為0.96 g。

(6)得到結(jié)論：根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，得出原假設(shè)不成立，理由是：__________________________。

(7)根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，反應(yīng)生成的氣體是_________，且氣體的物質(zhì)的量之比是_________，該實驗的化學(xué)方程式為：___________________________。

Answer 1

(3)+N₂↑+2H₂O

(4)

操作步驟及實驗現(xiàn)象	簡答
①稱取3.2 g氧化鐵與2 g炭粉均勻混合，放入48.48 g的玻璃管中，按上圖裝置連接	—
②加熱前，先通一段時間純凈、干燥的氮氣	其目的是：排盡裝置中的空氣(或氧氣)
③夾緊T處彈簧夾，加熱一段時間，澄清石灰水變渾濁	該現(xiàn)象說明：有CO2氣體生成
④完全反應(yīng)后，冷卻至室溫，稱得玻璃管和固體的總質(zhì)量為52.24 g	—

(6)根據(jù)(5)計算，反應(yīng)后氣體中的碳、氧原子的物質(zhì)的量之比為2∶3，與假設(shè)氣體產(chǎn)物全部是二氧化碳不符

(7)CO、CO₂的混合氣體  1∶1  2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑

解析：本題考查過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)產(chǎn)物中氣體的成分。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。澄清石灰水變渾濁，說明有CO₂ 氣體生成。如果是二氧化碳，那么碳、氧原子的物質(zhì)的量之比為1∶2，實際反應(yīng)后氣體中的碳、氧原子的物質(zhì)的量之比為2∶3，說明產(chǎn)物不純凈，有CO；設(shè)生成CO₂的物質(zhì)的量為x，生成CO的物質(zhì)的量為y，由題意可知：

解得：x=y=0.02 mol

所以CO、CO₂的混合氣體物質(zhì)的量比為1∶1，所以方程式如下：

2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑