Question

【题目】某学习小组对过量炭粉与氧化铁反应后的气体产物成分进行研究。

（提出问题）学完完全燃烧与不完全燃烧后，知道碳在质量不同的氧气中燃烧可以生成二氧化碳或一氧化碳，那过量的炭粉与氧化铁反应后的气体产物有哪些可能呢？

（提出假设）假设1：只有二氧化碳；

假设2：_____；

假设3：二氧化碳和一氧化碳的混合气体。

（设计方案）如图1所示，将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件下与过量炭粉完全反应，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比。

（查阅资料）氮气不与碳、氧化铁发生反应。实验室可以用氯化铵（NH4Cl）溶液和亚硝酸钠（NaNO2）溶液混合加热反应制得氮气，同时生成氯化钠和一种常见的液体。请写出该反应的化学方程式：_____。

（实验操作及实验现象）

①按上图连接装置（未装药品），并检查装置的气密性，方法是先夹紧弹簧夹，在右侧导管处连接一注射器，将注射器活塞往里推一段距离，松手后观察到_____现象，说明装置气密性良好。

②称取3.20g氧化铁和2.00g碳粉混合均匀，放入48.48g的硬质玻璃管中；

③加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气，目的是_____。

④停止通入N2后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水变浑浊，该现象说明_____。

⑤待反应结束，应先_____，再_____（填“熄灭酒精喷灯”或“打开弹簧夹、继续通氮气”），冷却至室温后停止通入氮气，称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24g。（已知氧化铁被完全还原成铁单质）。

（数据处理）经计算，参加反应的碳元素质量为0.48g，生成的气体中碳元素与氧元素的质量比为_____。

（得出结论）根据数据处理结果判断，得出假设_____成立。

（实验反思）有同学认为也可以将图1中虚线内B装置换成图2装置，图2装置中你认为最为合理的是_____。

Answer 1

【答案】只有一氧化碳 2NH4Cl+2NaNO2＝2NaCl+4H2O+2N2↑ 活塞回到原处 排出装置中的空气，防止影响实验结果 生成了二氧化碳 打开弹簧夹、继续通氮气 熄灭酒精喷灯 1：2 3 丙

【解析】

氯化铵（NH4Cl）溶液和亚硝酸钠（NaNO2）溶液混合加热反应生成氯化钠、水和氮气；

二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊；待反应结束，应先打开弹簧夹、继续通氮气，再熄灭酒精喷灯，以防止液体倒流炸裂试管；反应前后玻璃管中的质量差即为反应生成气体的质量，根据提供的数据可以计算气体的组成；不同的实验装置，功能不同。

[提出假设]

假设1：只有二氧化碳；假设2：只有一氧化碳；假设3：二氧化碳和一氧化碳的混合气体。故填：只有一氧化碳

[查阅资料]

实验室可以用氯化铵（NH4Cl）溶液和亚硝酸钠（NaNO2）溶液混合加热反应制得氮气，同时生成氯化钠和一种常见的液体﹣水，该反应的化学方程式为：2NH4Cl+2NaNO2＝2NaCl+4H2O+2N2↑。故填：2NH4Cl+2NaNO2＝2NaCl+4H2O+2N2↑

[实验操作及实验现象]

①按上图连接装置，将注射器活塞往里推一段距离，松手后观察到活塞回到原处，说明装置气密性良好。故填：活塞回到原处

③加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气，目的是排出装置中的空气，防止影响实验结果。故填：排出装置中的空气，防止影响实验结果

④停止通入N2后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水变浑浊，该现象说明生成了二氧化碳。故填：生成了二氧化碳

⑤待反应结束，应先打开弹簧夹、继续通氮气，再熄灭酒精喷灯，冷却至室温后停止通入氮气。故填：打开弹簧夹、继续通氮气；熄灭酒精喷灯

[数据处理]

经计算，参加反应的碳元素质量为0.48g，参加反应的氧元素质量为：3.20g+2.00g+48.48g﹣52.24g﹣0.48g＝0.96g，生成的气体中碳元素与氧元素的质量比为：0.48g：0.96g＝1：2，故填：1：2

[得出结论]

二氧化碳中碳元素和氧元素质量比为：12：32＝3：8，一氧化碳中碳元素和氧元素质量比为：12：16＝3：4，因此生成的气体是二氧化碳和一氧化碳的混合物，即假设3成立。故填：3

[实验反思]

图2装置中你认为最为合理的是丙，这是因为丙装置既能够吸收二氧化碳气体，也能够收集一氧化碳气体。故填：丙