Question

（12分）某研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物成分進(jìn)行研究。
(1)提出假設(shè)：
①該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO₂；
②該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO；
③該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是              。
(2)計(jì)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(yīng)，測(cè)定參加反應(yīng)的碳元素與氧元素的質(zhì)量比。

(3)查閱資料：
氮?dú)獠慌c碳、氧化鐵發(fā)生反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)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(yīng)制得氮?dú)�。�?qǐng)寫出該反應(yīng)的離子方程式：                            。
(4)實(shí)驗(yàn)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(zhì)玻璃管中；
②加熱前，先通一段時(shí)間純凈干燥的氮?dú)猓?br />③停止通入N₂后，夾緊彈簧夾，加熱一段時(shí)間，澄清石灰水（足量）變渾濁；
④待反應(yīng)結(jié)束，再緩緩?fù)ㄈ胍欢螘r(shí)間的氮?dú)�。冷卻至室溫，稱得硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量為52.24g；
⑤過濾出石灰水中的沉淀，洗滌、烘干后稱得質(zhì)量為2.00g。
步驟②、④中都分別通入N₂，其作用分別為                                  。
(5)數(shù)據(jù)處理：
試根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，寫出該實(shí)驗(yàn)中氧化鐵與碳發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：
                                    。
(6)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化：
學(xué)習(xí)小組有同學(xué)認(rèn)為應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)一步完善。
①甲同學(xué)認(rèn)為：應(yīng)將澄清石灰水換成Ba(OH)₂溶液，其理由是                  。
②從環(huán)境保護(hù)的角度，請(qǐng)你再提出一個(gè)優(yōu)化方案將此實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)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(shí)相對(duì)誤差小。②在尾氣出口處加一點(diǎn)燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置

試題分析：（1）根據(jù)極端假設(shè)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?dú)夥磻?yīng)的離子方程式為：NH₄⁺+NO₂^—N₂↑+2H₂O。
（4）步驟②通入氮?dú)獾哪康氖桥懦�裝置中的CO₂。步驟④通入氮?dú)獾哪康氖菍⑸�成的CO₂全部通入澄清石灰水中。
（5）由題意可知碳粉過量，產(chǎn)生的CO₂為0.02mol，剩余的固體為3.76g，所以固體中有單質(zhì)鐵2.24g，則剩余的碳粉為3.76-2.24=1.52g，所以參加反應(yīng)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(yīng)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(shí)相對(duì)誤差小。②從環(huán)保的角度來看生成的CO也要處理掉，因此應(yīng)該在尾氣出口處加一點(diǎn)燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置
點(diǎn)評(píng)：本題綜合性較強(qiáng)，難度較大，主要考查學(xué)生分析問題和解決問題的能力。