Question

16．某研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵反應中氣體產物的成分進行了研究．

【提出假設】該反應中的氣體產物可能是CO或者是CO₂和CO的混合物．
【查閱資料】氮氣不與碳、氧化鐵發(fā)生反應．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制得氮氣．
【設計方案】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，測定參加反應的碳元素與氧元素的質量比．
試回答下列問題：
（l）按上圖連接裝置，如何檢查該裝置的氣密性在整套裝置末端接一帶彎玻璃導管的乳膠管，并將玻璃導管末端放在盛有水的水槽中；用酒精燈在氣體發(fā)生裝置下面微熱（打開彈簧夾），玻璃導管末端有氣泡產生；停止加熱后，玻璃導管內上升一段水柱，則不漏氣
（2）廣口瓶內盛放的試劑為濃硫酸，其作用為吸收產生的氮氣中的水，獲得干燥的氮氣
（3）實驗開始時，應先打開彈簧夾，一段時間后關閉；再點燃酒精噴燈，理由是為了排盡整套裝置中的空氣
（4）稱取3.20g氧化鐵、2.00g炭粉混合均勻，放入質量為48.48g的硬質玻璃管中；待反應結束，再通一段時間的氮氣．冷卻至室溫，稱得硬質玻璃管和固體總質量為52.24g．經進一步測定得知參加反應的氧元素質量為0.96g．從而確認該反應的氣體產物是C0₂和CO 的混合物，理由是經計算反應后的氣體中碳、氧原子的物質的量之比為 2：3，介于 $\frac{1}{2}$ 和 1 之間．根據數據處理結果判斷，反應產生的氣體中n（C0₂）：n（CO）=1：1．
（5）有同學根據實驗得出的結論，認為應對實驗裝置進一步完善，你認為應作如何改進？

Answer 1

分析 （1）依據連接裝置內氣體壓強變化和液面變化進行檢驗是否漏氣，檢查時分液漏斗活塞關閉，彈簧夾打開，裝置最后連接通入水中的導氣管，加熱燒瓶依據最后導氣管中 液面變化判斷；
（2）通入加熱的玻璃管中需要對氣體進行干燥；
（3）實驗開始時，應先打開彈簧夾，一段時間后關閉；再點燃酒精噴燈是為了排凈裝置中的空氣；
（4）根據質量守恒定律可知反應后獲得氣體的質量為前后玻璃管內物質的質量之差，根據氧化鐵的質量可計算出氧元素的質量，則碳元素的質量為氣體質量減去氧元素的質量；
（5）尾氣中含有有毒的氣體不能排放到空氣中污染環(huán)境，需要進行尾氣處理．

解答 解：（l）依據連接裝置內氣體壓強變化和液面變化進行檢驗是否漏氣，在整套裝置末端接一帶彎玻璃導管的乳膠管，并將玻璃導管末端放在盛有水的水槽中；用酒精燈在氣體發(fā)生裝置下面微熱（打開彈簧夾），玻璃導管末端有氣泡產生；停止加熱后，玻璃導管內上升一段水柱，則不漏氣，
故答案為：在整套裝置末端接一帶彎玻璃導管的乳膠管，并將玻璃導管末端放在盛有水的水槽中；用酒精燈在氣體發(fā)生裝置下面微熱（打開彈簧夾），玻璃導管末端有氣泡產生；停止加熱后，玻璃導管內上升一段水柱，則不漏氣；
（2）用氯化銨飽和溶液和亞硝酸鈉（NaNO₂）飽和溶液混合加熱反應制得氮氣中含有水蒸氣，通入玻璃管前需要用濃硫酸干燥，目的是吸收氮氣中的水蒸氣得到干燥氮氣，
故答案為：濃硫酸，吸收產生的氮氣中的水，獲得干燥的氮氣；
（3）實驗開始時，應先打開彈簧夾，一段時間后關閉；再點燃酒精噴燈是為了排凈裝置中的空氣，使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，
故答案為：為了排盡整套裝置中的空氣；
（4）根據質量守恒定律可知：實驗產物中氣體質量為：（48.48g+3.20g+2.00g）-52.24 g=1.44 g，
根據氧化鐵的質量可計算出氧化鐵中氧元素的質量為：3.2g×$\frac{16×3}{16×+56×2}$=0.96g，
則碳元素的質量為氣體質量減去氧元素的質量為：1.44g-0.96g=0.48g，
根據參加反應的碳元素質量為0.48g，氧元素質量為0.96g，則反應后的氣體中碳、氧原子的物質的量之比=$\frac{0.48g}{12g/mol}$：$\frac{0.96g}{16g/mol}$=2：3，與二氧化碳中碳、氧原子的物質的量比1：2不相符，經計算反應后的氣體中碳、氧原子的物質的量之比為 2：3，介于 1/2 和 1 之間，說明該反應的氣體產物是C0₂和CO的混合物；反應產生的氣體中n（CO₂）：n（CO）=1：1；
故答案為：經計算反應后的氣體中碳、氧原子的物質的量之比為 2：3，介于 $\frac{1}{2}$ 和 1 之間；1：1；
（5）尾氣中含有有毒的氣體不能排放到空氣中污染環(huán)境，需要進行尾氣處理，
答：對實驗裝置進一步完善，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 本題考查了物質組成的探究實驗分析，實驗過程判斷，物質性質的掌握和元素守恒的計算應用是解題關鍵，題目難度中等．