Question

(10分)某同學為研究氧化鐵與過量炭粉的反應，進行如下實驗：
①稱取3.2 g氧化鐵與2 g炭粉均勻混合，放入48.48 g的玻璃管中，按如圖裝置連接。

②通一段時間純凈、干燥的氮氣。
③夾緊T處彈簧夾，然后點燃酒精燈，加熱一段時間后，澄清石灰水變渾濁。
④完全反應后，冷卻至室溫，稱得玻璃管和固體的總質量為52.24g。
⑴實驗步驟①加入藥品前，先進行的操作是                                     。
⑵實驗步驟②通入N₂的目的是                                               ，實驗室可以用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉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：_____________________________________________________________。
⑶經計算，參加反應的碳元素質量為　 　g。
⑷反應生成的氣體是______________________，
該實驗的化學方程式為：__________________________________________________。
⑸該實驗設計存在不合理之處，請指出并說明改進方法　   _________  　　　　　
_______________________________________________________________________。

Answer 1

⑴檢驗裝置的氣密性
⑵將裝置中的氧氣（空氣）排盡   NH+NON₂↑+2H₂O
⑶經計算，參加反應的碳元素質量為0.48g。
⑷反應生成的氣體是CO和CO₂    2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑
⑸未考慮尾氣可能有CO，氣體排放會污染大氣，點燃尾氣。

（1）實驗涉及有儀器組合和連接，在連接好儀器，首先應進行的操作是檢驗裝置的氣密性。（2）在加熱得情況下炭粉會和氧氣反應，同時空氣的存在也會影響反應進程。（3）氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉飽和溶液混合加熱反應制得氮氣的離子反應方程式是NH+NON₂↑+2H₂O。（3）過量的炭粉和氧化鐵反應可知生成的氣體物質應該為CO和CO₂的混合物,反應物氧化鐵的物質的量為3.2g÷160g/mol=0.02mol，其中所含的氧元素的物質的量為0.06mol。設生成的CO的物質的量為x mol，生成的CO₂的物質的量為y mol。可得28x+44y=48.48+3.2+2-52.24，x+2y=0.06，解得x=y=0.02。所以參加反應的碳元素的物質的量為0.04mol，則其質量為0.48g。（4）由于反應中炭粉過量，那么生成的氣體應該既有CO₂又有CO，該反應的化學方程式為2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑。（5）未考慮尾氣可能含有CO，直接排放會污染大氣，所以可以用點燃的方法做尾氣處理。