Question

5．某研究性學(xué)習(xí)小組對碳與氧化鐵按不同比例在高溫下反應(yīng)的氣體產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究：
Ⅰ．提出猜想
猜想1：該反應(yīng)氣體產(chǎn)物只有CO₂
猜想2：該反應(yīng)氣體產(chǎn)物只有CO
猜想3：該反應(yīng)氣體產(chǎn)物可能CO₂、CO的混合物
Ⅱ．查閱資料
①N₂不與C、Fe₂O₃發(fā)生反應(yīng)，所以該反應(yīng)可以在氮?dú)夥諊�中進(jìn)行．
②實(shí)驗(yàn)室可利用飽和氯化錢溶液和亞硝酸鈉混合加熱制N₂，寫出該反應(yīng)的離子方程式：NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O
Ⅲ．設(shè)計(jì)方案
用如圖裝置將一定量的Fe₂O₃在隔絕空氣條件下與一定量炭粉反應(yīng)，測定固體反應(yīng)物的質(zhì)量變化．

N．實(shí)驗(yàn)步驟
①按如圖連接好裝置后，首先應(yīng)進(jìn)行的操作是檢查裝置氣密性；
②稱量：m （Fe₂O₃）=1.60g；m（C）=0.24g，均勻混合，并全部裝人燃燒管；
③加熱燃燒管前，先通一段時(shí)間N₂．此操作目的是_排盡裝置內(nèi)空氣；B裝置的作用是：干燥N₂；
④停止通N₂，夾緊彈簧夾，充分加熱燃燒管，使Fe₂O₃與C完全反應(yīng)．
⑤停止加熱，再通N₂，冷卻至室溫．準(zhǔn)確稱量燃燒管中的剩余固體質(zhì)量為1.12g；從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定猜想3成立．
V．小明同學(xué)從環(huán)保角度分析，用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)會對環(huán)境造成污染，你認(rèn)為應(yīng)如何處理？在D裝置導(dǎo)管處用酒精燈點(diǎn)燃，或用塑料袋收集．

Answer 1

分析 Ⅰ．（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的混合物三種情況；
Ⅱ．根據(jù)反應(yīng)物和生成物，結(jié)合質(zhì)量守恒書寫反應(yīng)的離子方程式；
N．①該實(shí)驗(yàn)是對碳與氧化鐵按不同比例在高溫下反應(yīng)的氣體產(chǎn)物進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)探究，所以需實(shí)驗(yàn)裝置氣密性完好根據(jù)大氣壓強(qiáng)原理來檢驗(yàn)裝置的氣密性；
③加熱燃燒管前，先通一段時(shí)間N₂，排盡裝置內(nèi)空氣，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，B裝置的作用是干燥N₂；
⑤根據(jù)質(zhì)量守恒判斷氣體的組成；
V．CO有毒，擴(kuò)散到空氣中會污染環(huán)境，在D裝置導(dǎo)管處用酒精燈點(diǎn)燃，或用塑料袋收集．

解答 解：Ⅰ．（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；
Ⅱ．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?dú)�，反�?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^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O；
故答案為：NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O；
N．①該實(shí)驗(yàn)是對碳與氧化鐵按不同比例在高溫下反應(yīng)的氣體產(chǎn)物進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)探究，所以需實(shí)驗(yàn)裝置氣密性完好，所以連接好裝置后，要檢驗(yàn)裝置的氣密性，可以根據(jù)氣壓原理來檢驗(yàn)，關(guān)閉分液漏斗上的活塞，溫?zé)釤�瓶，觀察D管口，若有氣泡逸出，停止加熱后，導(dǎo)氣管與錐形瓶中有液面差，一段時(shí)間內(nèi)液面差保持不變，說明裝置的氣密性良好，
故答案為：檢查裝置氣密性；
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，所以需利用穩(wěn)定的氮?dú)馀趴諝�，B裝置的作用是干燥N₂，
故答案為：排盡裝置內(nèi)空氣；干燥N₂；
⑤1.60g氧化鐵的物質(zhì)的量為$\frac{1.6g}{160g/mol}$=0.01mol，
澄清石灰水變渾濁，說明有CO₂氣體生成，m（C）=0.24g，則n（C）=n（CO₂）=$\frac{0.24g}{12g/mol}$=0.02mol，若全部生成二氧化碳，則m（CO₂）=0.02mol×44g/mol=0.88g，準(zhǔn)確稱量燃燒管中的剩余固體質(zhì)量為1.12g；反應(yīng)后硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量變化為：1.6g-1.12g=0.48g，因0.48g＜0.88g，則生成其氣體為CO₂、CO的混合物；
故答案為：3；
V．CO有毒，擴(kuò)散到空氣中會污染環(huán)境，從環(huán)境保護(hù)的角度考慮，實(shí)驗(yàn)中需要改進(jìn)的措施是：在D裝置導(dǎo)管處放一個(gè)點(diǎn)燃的酒精燈，把一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，或在在D裝置導(dǎo)管處用塑料袋收集尾氣，變廢為寶；
故答案為：在D裝置導(dǎo)管處用酒精燈點(diǎn)燃，或用塑料袋收集．

點(diǎn)評 本題考查過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)產(chǎn)物中氣體的成分的探究，注意從質(zhì)量守恒的角度分析，加強(qiáng)隨數(shù)據(jù)的處理和分析能力，充分考查學(xué)生的分析能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�，題目難度中等．