Question

16．某研究性學習小組對過量炭粉與氧化鐵反應的氣體產物成分進行研究，請你參與他們的研究過程．
【提出假設】該反應的氣體產物可能是 ①CO₂    ②CO    ③CO₂和CO．
【設計實驗】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．
【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；④待反應結束，再緩緩通入一段時間的氮氣．冷卻至室溫，稱得硬質玻璃管和固體總質量為52.24g；⑤測得盛有氫氧化鈉溶液的試管較反應前增加了0.88g．
步驟②中通入N₂的作用是排出裝置中的空氣，步驟④中通入N₂的作用是使反應生成的二氧化碳完全被氫氧化鈉溶液吸收．
【數據處理】
請你根據有關實驗數據，計算確定氣態(tài)產物的成分和質量．
【問題討論】
①用氫氧化鈉溶液作為吸收試劑，而不用澄清石灰水的原因是氫氧化鈣的溶解度較小，不能吸收較多的二氧化碳．
②若不進行第⑤步實驗操作，能否得出實驗結果能（填“能”或“不能”）？請通過計算說明理由．
③從環(huán)境保護的角度，請你提出一個實驗中需要改進的措施在尾氣導管口處放一個點燃的酒精燈（或在尾氣導管口處用塑料袋收集尾氣）．

Answer 1

分析 【提出假設】
該反應的氣體產物可能是二氧化碳，也可能是一氧化碳，也可能是一氧化碳和二氧化碳；
【實驗步驟】
氫氧化鈉溶液能夠吸收二氧化碳，并且能和二氧化碳反應生成碳酸鈉和水；
【問題討論】
氫氧化鈣的溶解度較小，因此較少的量的澄清石灰水中含有的氫氧化鈣質量較小；
一氧化碳有毒，擴散到空氣中會污染環(huán)境．

解答 解：【提出假設】
該反應的氣體產物可能是CO₂，也可能是CO，也可能是CO₂和CO．
故填：CO₂和CO．
【實驗步驟】
步驟②中通入N₂的作用是排出裝置中的空氣；
步驟④中通入N₂的作用是使反應生成的二氧化碳完全被氫氧化鈉溶液吸收．
故填：排出裝置中的空氣；使反應生成的二氧化碳完全被氫氧化鈉溶液吸收．
【數據處理】
盛有氫氧化鈉溶液的試管較反應前增加了0.88g，說明反應生成了0.88g二氧化碳；
生成一氧化碳的質量為：3.2g+2g+48.48-52.24g-0.88g=0.56g．
故答案為：氣態(tài)產物的成分是二氧化碳和一氧化碳，質量分別是0.88g、0.56g．
【問題討論】
①用氫氧化鈉溶液作為吸收試劑，而不用澄清石灰水的原因是氫氧化鈣的溶解度較小，不能吸收較多的二氧化碳．
故填：氫氧化鈣的溶解度較小，不能吸收較多的二氧化碳．
②若不進行第⑤步實驗操作，也能得出實驗結果；
在氧化鐵中，氧元素的質量為：3.20g×$\frac{48}{160}$×100%=0.96g，
因此碳元素的質量為：（0.88g+0.56g）-0.96g=0.48g，
設CO的質量為x，
x×$\frac{12}{28}$×100%+（1.44g-x）×$\frac{12}{44}$×100%=0.48g，
x=0.56g，
所以二氧化碳的質量為1.44g-0.56g=0.88g．
故填：能．
③從環(huán)境保護的角度考慮，實驗中需要改進的措施是：在尾氣導管口處放一個點燃的酒精燈，把一氧化碳轉化成二氧化碳，或在尾氣導管口處用塑料袋收集尾氣，變廢為寶．
故填：在尾氣導管口處放一個點燃的酒精燈（或在尾氣導管口處用塑料袋收集尾氣）．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．