Question

（12分）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)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碳粉混合均勻，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：
                                    。
(6)實驗優化：
學習小組有同學認為應對實驗裝置進一步完善。
①甲同學認為：應將澄清石灰水換成Ba(OH)₂溶液，其理由是                  。
②從環境保護的角度，請你再提出一個優化方案將此實驗裝置進一步完善：
                                                           。

Answer 1

⑴CO₂、CO的混合物
⑶NH₄⁺+NO₂^—N₂↑+2H₂O
⑷步驟②中是為了排除空氣中的CO₂，步驟④是為了趕出所有的CO₂，確保完全吸收
⑸2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑
⑹①Ba(OH)₂溶解度大，濃度大，使CO₂被吸收的更完全；M (BaCO₃)＞M(CaCO₃)，稱量時相對誤差小。②在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置

試題分析：（1）根據極端假設可知還有一種情況就是兩者的混合物，即CO₂、CO的混合物。
（3）用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液制氮氣反應的離子方程式為：NH₄⁺+NO₂^—N₂↑+2H₂O。
（4）步驟②通入氮氣的目的是排除裝置中的CO₂。步驟④通入氮氣的目的是將生成的CO₂全部通入澄清石灰水中。
（5）由題意可知碳粉過量，產生的CO₂為0.02mol，剩余的固體為3.76g，所以固體中有單質鐵2.24g，則剩余的碳粉為3.76-2.24=1.52g，所以參加反應的碳粉為2-1.52=0.48g=0.04mol，則可以確定生成CO為0.02mol，因此方程式為：2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑。
（6）①應將澄清石灰水換成Ba(OH)₂溶液的原因是Ba(OH)₂溶解度大，濃度大，使CO₂被吸收的更完全，M (BaCO₃)＞M(CaCO₃)，稱量時相對誤差小。②從環保的角度來看生成的CO也要處理掉，因此應該在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置
點評：本題綜合性較強，難度較大，主要考查學生分析問題和解決問題的能力。