Question

取m₁g某常见粉末（由M、Z两种元素组成）进行如下实验．将该粉末和足量碳粉充分混合，平铺在反应管a中，b瓶中盛足量澄清石灰水．按图连接仪器并检查好气密性．
实验开始时，先进行操作G，过一段时间后，加热反应管a，观察到管内发生剧烈反应，并有熔融物生成．同时，b瓶的溶液中出现白色浑浊．经一系列测定，确定反应完全后，停止加热，继续通氮气，直到反应管冷却．此时，管中的熔融物凝固成银白色金属M，再进行分离、提纯、称量，得到m₂g纯金属M，且m₁=1.38m₂．根据以上叙述回答问题：
（1）该粉末的化学式是

 

；操作G是

 

．
（2）停止加热前是否需要先关闭止水夹K？

 

；原因：

 

．
（3）反应管a中产生金属单质的化学方程式为：

 

．
（4）本实验的尾气是否需处理？

 

；如需处理，请回答如何处理；如不需处理，请说明理由．

 

．
（5）在题目“一系列测定”中，当连续

 

时，则可确定反应管中反应已完全．
（6）某同学做该实验时，b瓶最终得到了澄清溶液，他向该溶液中加入了某物质，溶液又出现了浑浊．请书写出现浑浊的离子方程式：

 

．

Answer 1

分析：（1）用碳单质常用来冶炼金属铜、铁，由“管中的熔融物凝固成银白色金属M”可知该金属是铁块．设该铁的氧化物的化学式是Fe_xO_y，根据m₁=1.38m₂列出反应的化学方程式计算；
操作G是通一段时间氮气，以排尽试管里的空气，防止有氧气使产生的一氧化碳燃烧发生爆炸；
（2）题中：“经一系列测定，确定反应完全后，停止加热，继续通氮气，直到反应管冷却”可说明不会产生倒吸，此时注意审题即可解答此题；
（3）根据反应管a中，反应物为碳和四氧化三铁，产生金属单质为铁单质，结合质量守恒定律可写出反应的化学方程式；
（4）在高温下会与碳反应生成有毒的一氧化碳，石灰水不能吸收一氧化碳，排到大气中会污染空气，肯定要进行尾气处理，根据一氧化碳的还原性设计处理方案；
（5）可从定性角度或定量角度判断，定性角度：当连续b中没有白色沉淀增加；定量角度：两次称量反应管及反应混合物总质量的差值不超过0.001g，即可说明反应完全；
（6）少量的二氧化碳与石灰水反应生成碳酸钙白色沉淀，过量的二氧化碳会与碳酸钙结合成可溶的碳酸氢钙，使溶液变澄清，加入碱后又会生出碳酸钙沉淀，以此书写离子方程式．

解答：解：该实验是用碳单质冶炼金属，常用来冶炼金属铜、铁，由“管中的熔融物凝固成银白色金属M”可知该金属是铁块．设该铁的氧化物的化学式是Fe_xO_y，
反应如下：2Fe_xO_y+yC

△   .

2xFe+yCO₂            
  2×（56×x+16×y）   2x×56                 
   m₁                   m₂
则

m1

m2

=

2×(56×x+16×y)

(2x×56)

=1.38
解得x：y=3：4所以该铁的氧化物是Fe₃O₄
（1）该粉末的化学式是Fe₃O₄； 操作G是通一段时间氮气，以排尽试管里的空气，防止有氧气使产生的一氧化碳燃烧发生爆炸，故答案为：Fe₃O₄；缓缓通入氮气；
（2）停止加热前不需要先关闭止水夹K，因为停止加热后，继续通氮气，直到反应管冷却，不会发生倒吸，故答案为：不需要．因为停止加热后仍继续通N₂，不会发生倒吸；
（3）反应管a中，反应物为碳和四氧化三铁，产生金属单质为铁单质，化学方程式为：Fe₃O₄+2C

△   .

3Fe+2CO₂，或Fe₃O₄+2C

△   .

3Fe+2CO₂↑，或Fe₃O₄+4CO

△   .

3Fe+4CO₂↑ 
故答案为：Fe₃O₄+4C

△   .

3Fe+4CO↑，或Fe₃O₄+2C

△   .

3Fe+2CO₂↑，或Fe₃O₄+4CO

△   .

3Fe+4CO₂↑；
（4）本实验的尾气需要处理，因为反应产生的二氧化碳在高温下会与碳反应生成有毒的一氧化碳，石灰水不能吸收一氧化碳，排到大气中会污染空气．一般用燃烧的方法处理一氧化碳，所以可以用双孔塞把b塞起来，一个孔导入反应后产生的气体，以除去二氧化碳，另一孔导出，在导管口处点燃，出去一氧化碳，或连接一个加热的装有CuO粉末的反应管，
故答案为：需要处理，因为生成了有毒的CO；可连接一个加热的装有CuO粉末的反应管（或放一个点燃的酒精灯，或用一气球收集气体．其它合理答案同样可以）；
（5）当连续b中没有白色沉淀增加，或者两次称量反应管及反应混合物总质量的差值不超过0.001g时可认为反应完全，
故答案为：两次称量反应管及反应混合物总质量的差值不超过0.001g；
（6）少量的二氧化碳与石灰水反应生成碳酸钙白色沉淀，过量的二氧化碳会与碳酸钙结合成可溶的碳酸氢钙，使溶液变澄清，
反应如下：Ca（OH）₂+2CO₂（过量）=Ca（HCO₃）₂ 所以只要使Ca（HCO₃）₂中的HCO₃^-变成CO₃^2-，就能变回CaCO₃沉淀，可以加入OH^-，离子反应如下：
加入的OH^-少量时：Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-（少量）=CaCO₃↓+H₂O，
加入的OH^-过量时：Ca²⁺+2HCO₃^-+2OH^-（过量）=CaCO₃↓+CO₃^2-+2H₂O，
故答案为：Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-→CaCO₃↓+H₂O，或Ca²⁺+2HCO₃^-+2OH^-=CaCO₃↓+CO₃^2-+2H₂O．

点评：本题难度较大，综合考查物质的组成和含量测定，注意通过反应计算物质的化学式是解答本题的关键．