Question

【題目】某研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵反應的氣體產物成分進行研究。

(1)提出假設 ①該反應的氣體產物是CO2。 ②該反應的氣體產物是CO。③該反應的氣體產物是______________。

(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、2.00g碳粉混均勻，放入48.48g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)數據處理

試根據實驗數據分析，寫出該實驗中氧化鐵與碳發生反應的化學方程式：__________________。

Answer 1

【答案】（8分）

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

⑸2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑（各2分）

【解析】

試題（1）結合①②可知③的猜測是該反應的氣體產物是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制得氮氣的實質是銨根離子與NO2-發生氧化還原反應生成氮氣和水，離子方程式為NH4++NO2—N2↑+2H2O

（4）該反應是氧化鐵在隔絕空氣的條件下與過量炭粉完全反應，所以開始通入氮氣目的是排盡空氣；后又通入氮氣目的是趕出導氣管中的二氧化碳，使產生的二氧化碳氣體全部被吸收，減小實驗誤差；

（5）石灰水中產生的沉淀是碳酸鈣沉淀，根據其質量可計算出碳酸鈣的物質的量是0.02mol，也即生成二氧化碳的物質的量是0.02mol，質量是0.88g，根據質量守恒定律，生成氣體的質量是48.48+3.2+2.0-52.24=1.44g，所以氣體產物還有CO，則CO的質量是1.44-0.88=0.56g，物質的量是0.02mol，則碳與氧化鐵反應生成二氧化碳、一氧化碳和鐵，氣體產物的物質的量之比是1:1，所以該實驗中氧化鐵與碳發生反應的化學方程式2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑。