Question

（12分）某研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物成分進行研究。
(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：
氮氣不與碳、氧化鐵發(fā)生反應(yīng)。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(yīng)制得氮氣。請寫出該反應(yīng)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(zhì)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(yīng)結(jié)束，再緩緩?fù)ㄈ胍欢螘r間的氮氣。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)實驗數(shù)據(jù)分析，寫出該實驗中氧化鐵與碳發(fā)生反應(yīng)的化學方程式：
                                    。
(6)實驗優(yōu)化：
學習小組有同學認為應(yīng)對實驗裝置進一步完善。
①甲同學認為：應(yīng)將澄清石灰水換成Ba(OH)₂溶液，其理由是                  。
②從環(huán)境保護的角度，請你再提出一個優(yōu)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(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）飽和溶液制氮氣反應(yīng)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(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)，稱量時相對誤差小。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。