Question

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充分反應，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：

(1) 按上圖連接裝置，如何檢查該裝置的氣密

性                                               。

(2) 廣口瓶內盛放的試劑為         ，其作用

為                                      。

(3) 實驗開始時，應先打開彈簧夾2一段時間后關閉，同時打開彈簧夾1；再點燃酒精噴燈，理由是

                                      ；                                             。

(4) 稱取3.20 g氧化鐵、2.00 g炭粉混合均勻，放入質量為48.48 g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52.24 g。經進一步測定得知參加反應的氧元素質量為0.96 g。從而確認該反應的氣體產物是CO₂和CO的混合物，理由是               。根據數據處理結果判斷，反應產生的氣體中n（CO₂）:  n（CO）＝          ，

(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

(1) 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；用酒精燈在氣體發生裝置下面微熱，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) 濃硫酸，吸收產生的氮氣中的水，獲得干燥的氮氣。

(3) 為了排盡整套裝置中的空氣；關閉彈簧夾1，打開彈簧夾2將導致制氮氣裝置內氣壓升高，可能會有發生爆炸的危險。

(4) 經計算反應后的氣體中碳、氧原子的物質的量之比為2∶3；1：1。

(5) 在尾氣出口處加一點燃的酒精燈或增加一尾氣處理裝置

解析:

該實驗成功的關鍵是產物中的碳元素全部來自炭粉、氧元素全來自氧化鐵，故要排除空氣中氧氣、二氧化碳對實驗的干擾，需用氮氣排盡裝置中的空氣。根據硬質玻璃管中質量的減輕和氫氧化鈉溶液的增重確定產物的成分。

 (1) 將末端玻璃管浸入盛有水的燒杯，酒精燈微熱氣體發生裝置看是否有氣泡冒出，這許多同學都不難想到。但若裝置氣密，冷卻后裝置內氣體體積減小，玻璃導管中水柱會上升，這是許多同學容易忽略的。

 (2) 氣體里的水也會被氫氧化鈉溶液吸收，干擾實驗，故需干燥氮氣。

 (3) 為了排盡整套裝置中的空氣；關閉彈簧夾1，打開彈簧夾2將導致制氮氣裝置內氣壓升高，可能會有發生爆炸的危險。

 (4) 硬質玻璃管減重1.44克，而氧是0.96克，故碳是0.48克。參加反應的碳、氧原子數比為2：3，故可得出結論。令n（CO₂）= x，n（CO）=y。（x+y）： (2x+y)=2：3,x：y=1：1。

 (5) 尾氣中含有有毒氣體CO，故需燃燒以免污染空氣。