Question

某學習小組對炭粉與氧化鐵反應產物中氣體的成分進行研究。
（1）提出假設：該反應的氣體產物全部是二氧化碳（CO₂）。
（2）設計方案：將一定量的氧化鐵與炭粉的混合物在隔絕氧氣的條件下完全反應（如下圖），測定參加反應的碳元素與氧元素的質量比。

實驗裝置
（3）查閱資料：N₂不與炭粉以及氧化鐵發生反應，可用于隔絕氧氣進行反應。
（4）實驗操作：
①稱取5.2 g氧化鐵與炭粉的混合粉末，放入48.48 g的玻璃管中，按上圖連接后必不可少的實驗操作為___________________________________________________。
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，該現象說明_____________________。
④完全反應后，冷卻至室溫，稱得玻璃管和固體的總質量為52.24克。
（5）數據處理：經計算，參加反應的碳元素質量為0.48克，氧元素質量為0.96克。
（6）得出結論：根據數據處理結果，反應生成的氣體為CO和CO₂，而且同條件下體積比為1∶1，原假設不成立，理由為__________________________________________________。
（7）該實驗反應的化學方程式為_________________________________________________。

Answer 1

（4）①檢查裝置氣密性  ②排盡裝置中的空氣（或氧氣）  ③有二氧化碳氣體生成
（6）C、O質量比為0.48∶0.96=1∶2，與二氧化碳中C和O質量比3∶8不符
（7）2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑

根據題意，本實驗為一定量實驗，其原理是將一定量Fe₂O₃和C的混合物在用N₂隔絕氧氣的條件下完全反應，測參加反應的C元素和O元素的質量比，判斷反應產物是否全是CO₂。因此反應裝置必須氣密性好。
參加反應的C元素質量為0.48 g，物質的量為0.04 mol，O元素的質量為0.96 g，物質的量為0.06 mol，生成的碳氧化物中C、O物質的量之比為2∶3,則，即CO、CO₂的物質的量比為1∶1，因此原假設不成立。該實驗反應的化學方程式為2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑。