Question

(10分) 某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁（Fe₂O₃）反应的气体产物成分进行研究。

（1）提出假设

①气体产物是CO₂。   ②气体产物是CO。    ③气体产物是              。

（2）设计方案

如图所示，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。

（3）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饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO₂）饱和溶液混合加热反应制得氮气，该反应的离子方程式：                      。

（4）实验步骤

①按上图连接装置，并检查装置的气密性，称取3.20g氧化铁、0.48g碳粉混合均匀，放入50.00g的硬质玻璃管中；

②加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气；

③停止通入N₂后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水(足量)变浑浊；

④待反应结束，再缓缓通入一段时间的氮气。冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24g；

    ⑤过滤出石灰水中的沉淀，洗涤、烘干后称得质量为2.00g。

步骤②、④中都分别通入N₂，其作用分别为                            。

（5）数据处理

试根据实验数据分析判断，前面的假设_________(填①、②、③)是正确的。写出该实验中氧化铁与碳发生反应的化学方程式：                                  。

 

Answer 1

⑴CO₂、CO的混合物  ⑶NH₄⁺+NO₂^—N₂↑+2H₂O

⑷步骤②中是为了排尽空气；步骤④是为了赶出所有的CO₂，确保完全吸收

⑸ ③  2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑（各2分）

解析:（1）在还原氧化铁的反应中碳既可以被氧化生成CO，也可能被氧化生成CO₂，故假设③应是CO₂、CO的混合物。

（3）亚硝酸钠具有氧化性，可以氧化氯化铵生成氮气，反应的离子方程式为

NH₄⁺+NO₂^—N₂↑+2H₂O。

（4）因为反应需要隔绝空气，故反应前先用氮气排尽装置中的空气。反应结束后为使反应中生成的CO₂气体完全被石灰水吸收，需要利用氮气将装置中的气体全部排除，易便于被完全吸收。

（5）由条件知反应中生成的气体质量是3.20g＋0.48g＋50.00g－52.24g＝1.44g。最后所得沉淀是碳酸钙，其物质的量是0.02mol，所以吸收的CO₂的质量是0.02mol×44g·mol^－1＝0.88g，因此CO的质量是1.44g－088g＝0.56g，其物质的量是。又因为氧化铁和碳的物质的量分别是

、.所以氧化铁、碳、铁、CO、CO₂的物质的量之比是1︰2︰2︰1︰1，所以发生反应的化学方程式为

2C+Fe₂O₃2Fe+CO↑+CO₂↑。