Question

5．某研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)過(guò)量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的氣體產(chǎn)物成分進(jìn)行研究．

設(shè)計(jì)方案如圖1，將一定量的氧化鐵在隔絕空氣的條件下與過(guò)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．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點(diǎn)/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸點(diǎn)/℃	136.4	1090	1412	3287

（1）查閱資料：
①氮?dú)獠慌c炭粉、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）飽和溶液混合加熱制得氮?dú)猓畬?xiě)出該反應(yīng)的離子方程式：NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O．
②使上述制得的氣體通過(guò)B裝置方能獲得干燥的N₂
（2）實(shí)驗(yàn)步驟：
①按圖2連接裝置，并檢查裝置的氣密性，稱(chēng)取3.20g氧化鐵、2.00g炭粉混合均勻，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)猓�冷卻至室溫，稱(chēng)得硬質(zhì)玻璃管和固體總質(zhì)量為52.24g；
⑤過(guò)濾出石灰水中的沉淀，洗滌、烘干后稱(chēng)得質(zhì)量為2.00g．步驟②、④中都分別通入N₂，其作用分別為步驟②通入氮?dú)獾哪康氖桥懦�裝置中的O₂；步驟④通入氮?dú)獾哪康氖菍⑸�成的CO₂全部通入澄清的石灰水中．
（3）數(shù)據(jù)處理：
①試根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是CO₂和CO，理由是過(guò)量炭粉與二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)生成CO氣體
②寫(xiě)出該實(shí)驗(yàn)中氧化鐵與炭粉發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：2C+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO₂↑．
（4）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，其理由是將澄清的石灰水換成Ba（OH）₂溶解度大，濃度大，使CO₂被吸收更完全；碳酸鋇的相對(duì)原子質(zhì)量大于碳酸鈣的，稱(chēng)量時(shí)相對(duì)誤差小．
②pC類(lèi)似pH，是指極稀溶液中溶質(zhì)物質(zhì)的量濃度的常用對(duì)數(shù)負(fù)值．如某溶液溶質(zhì)的濃度為：1×10^-3mol/L，則該溶液中該溶質(zhì)的pC=-lg1×10^-3=3．現(xiàn)向0.2mol/LBa（OH）₂溶液中通入CO₂氣體，沉淀開(kāi)始產(chǎn)生時(shí)，溶液中CO₃^2-的PC值為7.6（已知：lg2=0.2；K_sp（BaCO₃）=5.0x10^-9）
③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：在尾氣出口處加一點(diǎn)燃的酒精燈．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)反應(yīng)物和生成物，結(jié)合質(zhì)量守恒書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的離子方程式；
②Mg與氮?dú)夥磻?yīng)消耗，氮?dú)獠荒芘c濃硫酸反應(yīng)，通過(guò)飽和碳酸鈉與碳酸氫鈉溶液，溶液中有水，均起不到干燥的作用；
（2）如果不排盡空氣，那么空氣中的氧氣會(huì)與炭粉反應(yīng)影響反應(yīng)后生成氣體的組成；
（3）①碳粉與氧化鐵反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，過(guò)量炭粉與二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)生成CO氣體；
②C與氧化鐵反應(yīng)生成Fe、CO和二氧化碳；
（4）①氫氧化鈣為微溶物，氫氧化鋇為易溶物，故氫氧化鋇的濃度大，吸收二氧化碳的體積大，據(jù)此解答即可；
②BaCO₃?Ba²⁺+CO₃^2-，Ksp為離子濃度冪之比，由溶液中的鋇離子濃度為0.2mol，據(jù)此來(lái)計(jì)算CO₃^2-濃度；
③一氧化碳是一種有毒氣體，可以通過(guò)點(diǎn)燃來(lái)進(jìn)行尾氣處理．

解答 解：（1）①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)猓�反�?yīng)物有NH₄Cl和NaNO₂，生成物為N₂，根據(jù)質(zhì)量守恒還應(yīng)用水，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O，故答案為：NH₄⁺+NO₂^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O； 
②Mg與氮?dú)夥磻?yīng)消耗，氮?dú)獠荒芘c濃硫酸反應(yīng)，通過(guò)飽和碳酸鈉與碳酸氫鈉溶液，溶液中有水，均起不到干燥的作用，故答案為：B；
（2）若不排盡空氣，那么空氣中的氧氣會(huì)與炭粉反應(yīng)影響反應(yīng)后生成氣體的組成，所以利用穩(wěn)定的氮?dú)馀趴諝�，最后確保完全吸收，反應(yīng)后還要趕出所有的CO₂，
故答案為：步驟②通入氮?dú)獾哪康氖桥懦�裝置中的O₂（空氣），步驟④通入氮?dú)獾哪康氖菍⑸�成的CO₂全部通入澄清的石灰水中；
（3）①碳粉與氧化鐵反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，過(guò)量炭粉與二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)生成CO氣體，故答案為：過(guò)量炭粉與二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)生成CO氣體；
②過(guò)量炭粉與氧化鐵反應(yīng)的方程式為：2C+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO₂↑，故答案為：2C+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO₂↑；
（4）①將澄清石灰水換成Ba（OH）₂溶液，這樣會(huì)使二氧化碳被吸收的更完全，稱(chēng)量時(shí)相對(duì)誤差小，故答案為：氫氧化鋇的溶解度大，濃度大，使二氧化碳被吸收的更完全，碳酸鋇的相對(duì)原子質(zhì)量大于碳酸鈣的，稱(chēng)量時(shí)相對(duì)誤差小；
②因BaCO₃?Ba²⁺+CO₃^2-，則Ksp=c（Ba²⁺）•c（CO₃^2-），當(dāng)Ba²⁺以碳酸鹽的形式開(kāi)始沉淀，則c（CO₃^2-）=$\frac{5.0×1{0}^{-9}}{0.2}$=$\frac{5}{2}$×10^-8，所以pC值為-lg$\frac{5}{2}$×10^-8=7.6，故答案為：7.6；
③一氧化碳是一種有毒氣體，可以通過(guò)點(diǎn)燃來(lái)進(jìn)行尾氣處理，故答案為：在尾氣口處加一點(diǎn)燃的酒精燈．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查的是物質(zhì)組成與含量的測(cè)定，涉及離子反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)、沉淀溶解平衡計(jì)算、環(huán)境保護(hù)等，綜合性較強(qiáng)，難度較大．