Question

某校研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应产物中气体的成分进行研究．

（1）提出假设：该反应的气体产物全部是二氧化碳．
（2）设计方案：将一定量的氧化铁在隔绝氧气条件下与过量炭粉完全反应（如图），测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比．
（3）查阅资料：氮气不与炭粉、氧化铁发生反应，可用来隔绝氧气．实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠饱和溶液混合加热反应制得氮气．请写出该反应的离子方程式：

NH₄⁺+NO₂^-

△   .

N₂↑+2H₂O

．
（4）实验操作：

操作步骤及实验现象	简答
①称取3.2g氧化铁与2g炭粉均匀混合，放入48.48g的玻璃管中，按如图装置连接
②加热前，先通一段时间纯净、干燥的氮气	其目的是： 排尽装置中的空气（或氧气）
③夹紧T处弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水变浑浊	该现象说明： 该现象说明：有CO2气体生成
④完全反应后，冷却至室温，称得玻璃管和固体的总质量为52.24g

（5）数据处理：经计算，参加反应的碳元素质量为

0.48

g．
（6）得到结论：根据数据处理结果，得出原假设不成立，理由是：

根据（5）计算，反应后气体中的碳、氧原子的物质的量之比为2：3，与假设气体产物全是二氧化碳不符．

（7）根据数据处理结果，反应生成的气体是

CO、CO₂

，该实验的化学方程式为：

2C+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+CO↑+CO₂↑

．
（8）该实验设计存在不合理之处，请指出并说明改进方法

未考虑尾气可能有CO，气体排放会污染大气，点燃尾气

．

Answer 1

分析：（3）根据题意信息：用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO₂）饱和溶液混合加热反应制得氮气来写离子化学方程式；
（4）碳做还原剂时装置中要隔绝空气，避免碳发生燃烧，因此用氮气把整个装置内的空气排出去．检验二氧化碳时要用澄清的石灰水；
（5）根据质量守恒定律可知反应后获得气体的质量为前后玻璃管内物质的质量之差，根据氧化铁的质量可计算出氧元素的质量，则碳元素的质量为气体质量减去氧元素的质量；
（6）根据二氧化碳中的碳氧质量比和题中的气体中碳氧质量比进行比较解答；
（7）根据（6）判断出气体组成，根据（5）知道参加反应碳的质量，由氧化铁和碳的物质的量比可直接写出方程式；
（8）一氧化碳有毒可以通过点燃来进行尾气处理．

解答：解：（3）氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO₂）饱和溶液混合加热发生的反应为：NH₄⁺+NO₂^-

△   .

N₂↑+2H₂O，
故答案为：NH₄⁺+NO₂^-

△   .

N₂↑+2H₂O；
（4）碳会与空气中的氧气反应，故碳做还原剂时装置中要隔绝空气，避免碳发生燃烧．故答案为：排尽装置中的空气（或氧气）；
（5）根据质量守恒定律可知：实验产物中气体质量为：（48.48g+3.20g+2.00g）-52.24 g=1.44 g，
根据氧化铁的质量可计算出氧化铁中氧元素的质量为：3.2g×

16×3

16×3+56×2

=0.96g，
则碳元素的质量为气体质量减去氧元素的质量为：1.44g-0.96g=0.48g，
故答案为：0.48g；
（6）根据参加反应的碳元素质量为0.48g，氧元素质量为0.96g，则反应后的气体中碳、氧原子的物质的量之比=

0.48g

12g/mol

÷

0.96g

16g/mol

=2：3，与二氧化碳中碳、氧原子的物质的量比1：2不相符，
故答案为：根据（5）计算，反应后的气体中碳、氧原子的物质的量之比为2：3，与二氧化碳中碳、氧原子的物质的量比不相符；
（7）反应后的气体中碳、氧原子的物质的量之比为2：3，则所的气体是CO和CO₂，方程式为：2C+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+CO↑+CO₂↑，
故答案为：CO和CO₂ ；2C+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+CO↑+CO₂↑；
（8）一氧化碳有毒，需加尾气处理装置．故答案为：未考虑尾气可能有CO，气体排放会污染大气，点燃尾气

点评：本题属于实验探究题，既有实验方法和过程的探究，又有实验数据的分析和结论的探究，综合性比较强．