Question

某学生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(如下图)，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比。

(3)查阅资料：氮气不与碳、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。请写出反应的离子方程式：_____________

______________________________________________________________________________。

(4)实验操作：

操作步骤及实验现象	简  答
①称取3.2 g氧化铁与2 g炭粉均匀混合，放入48.48 g的玻璃管中，按上图装置连接	—
②加热前，先通一段时间纯净、干燥的氮气	其目的是_____________________________
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___________________________
④完全反应后，冷却至室温，称得玻璃管和固体的总质量为52.24 g	—

(5)数据处理：经计算，参加反应的碳元素质量为0.48 g,氧元素质量为0.96 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___________________________。

(7)根据数据处理结果，反应生成的气体是__________，且气体的物质的量之比是__________，该实验的化学方程式为___________________________________________________________。

Answer 1

(3)+N₂↑+2H₂O

(4)排尽装置中的空气(或氧气)  有CO₂气体生成

(6)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，与假设气体产物全部是二氧化碳不符

(7)CO、CO₂的混合气体  1∶1  2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑

解析:

本题考查过量炭粉与氧化铁反应产物中气体的成分。如果不排尽空气，那么空气中的氧气会与炭粉反应影响反应后生成气体的组成，所以利用稳定的氮气排空气。澄清石灰水变浑浊，说明有CO₂气体生成。如果是二氧化碳，那么碳、氧原子的物质的量之比为1∶2，实际反应后气体中的碳、氧原子的物质的量之比为2∶3，说明产物不纯净，有CO；设生成CO₂的物质的量为x,生成CO的物质的量为y，由题意可知：

   

    解得x=y=0.02 mol。

    所以CO、CO₂的混合气体物质的量比为1∶1，所以方程式如下：

    2C+Fe₃O₃2Fe+CO↑+CO₂↑。