Question

取m₁g某常見粉末（由M、Z兩種元素組成）進行如下實驗．將該粉末和足量碳粉充分混合，平鋪在反應管a中，b瓶中盛足量澄清石灰水．按圖連接儀器并檢查好氣密性．
實驗開始時，先進行操作G，過一段時間后，加熱反應管a，觀察到管內(nèi)發(fā)生劇烈反應，并有熔融物生成．同時，b瓶的溶液中出現(xiàn)白色渾濁．經(jīng)一系列測定，確定反應完全后，停止加熱，繼續(xù)通氮氣，直到反應管冷卻．此時，管中的熔融物凝固成銀白色金屬M，再進行分離、提純、稱量，得到m₂g純金屬M，且m₁=1.38m₂．根據(jù)以上敘述回答問題：
（1）該粉末的化學式是

 

；操作G是

 

．
（2）停止加熱前是否需要先關閉止水夾K？

 

；原因：

 

．
（3）反應管a中產(chǎn)生金屬單質(zhì)的化學方程式為：

 

．
（4）本實驗的尾氣是否需處理？

 

；如需處理，請回答如何處理；如不需處理，請說明理由．

 

．
（5）在題目“一系列測定”中，當連續(xù)

 

時，則可確定反應管中反應已完全．
（6）某同學做該實驗時，b瓶最終得到了澄清溶液，他向該溶液中加入了某物質(zhì)，溶液又出現(xiàn)了渾濁．請書寫出現(xiàn)渾濁的離子方程式：

 

．

Answer 1

分析：（1）用碳單質(zhì)常用來冶煉金屬銅、鐵，由“管中的熔融物凝固成銀白色金屬M”可知該金屬是鐵塊．設該鐵的氧化物的化學式是Fe_xO_y，根據(jù)m₁=1.38m₂列出反應的化學方程式計算；
操作G是通一段時間氮氣，以排盡試管里的空氣，防止有氧氣使產(chǎn)生的一氧化碳燃燒發(fā)生爆炸；
（2）題中：“經(jīng)一系列測定，確定反應完全后，停止加熱，繼續(xù)通氮氣，直到反應管冷卻”可說明不會產(chǎn)生倒吸，此時注意審題即可解答此題；
（3）根據(jù)反應管a中，反應物為碳和四氧化三鐵，產(chǎn)生金屬單質(zhì)為鐵單質(zhì)，結(jié)合質(zhì)量守恒定律可寫出反應的化學方程式；
（4）在高溫下會與碳反應生成有毒的一氧化碳，石灰水不能吸收一氧化碳，排到大氣中會污染空氣，肯定要進行尾氣處理，根據(jù)一氧化碳的還原性設計處理方案；
（5）可從定性角度或定量角度判斷，定性角度：當連續(xù)b中沒有白色沉淀增加；定量角度：兩次稱量反應管及反應混合物總質(zhì)量的差值不超過0.001g，即可說明反應完全；
（6）少量的二氧化碳與石灰水反應生成碳酸鈣白色沉淀，過量的二氧化碳會與碳酸鈣結(jié)合成可溶的碳酸氫鈣，使溶液變澄清，加入堿后又會生出碳酸鈣沉淀，以此書寫離子方程式．

解答：解：該實驗是用碳單質(zhì)冶煉金屬，常用來冶煉金屬銅、鐵，由“管中的熔融物凝固成銀白色金屬M”可知該金屬是鐵塊．設該鐵的氧化物的化學式是Fe_xO_y，
反應如下：2Fe_xO_y+yC

△   .

2xFe+yCO₂            
  2×（56×x+16×y）   2x×56                 
   m₁                   m₂
則

m1

m2

=

2×(56×x+16×y)

(2x×56)

=1.38
解得x：y=3：4所以該鐵的氧化物是Fe₃O₄
（1）該粉末的化學式是Fe₃O₄； 操作G是通一段時間氮氣，以排盡試管里的空氣，防止有氧氣使產(chǎn)生的一氧化碳燃燒發(fā)生爆炸，故答案為：Fe₃O₄；緩緩通入氮氣；
（2）停止加熱前不需要先關閉止水夾K，因為停止加熱后，繼續(xù)通氮氣，直到反應管冷卻，不會發(fā)生倒吸，故答案為：不需要．因為停止加熱后仍繼續(xù)通N₂，不會發(fā)生倒吸；
（3）反應管a中，反應物為碳和四氧化三鐵，產(chǎn)生金屬單質(zhì)為鐵單質(zhì)，化學方程式為：Fe₃O₄+2C

△   .

3Fe+2CO₂，或Fe₃O₄+2C

△   .

3Fe+2CO₂↑，或Fe₃O₄+4CO

△   .

3Fe+4CO₂↑ 
故答案為：Fe₃O₄+4C

△   .

3Fe+4CO↑，或Fe₃O₄+2C

△   .

3Fe+2CO₂↑，或Fe₃O₄+4CO

△   .

3Fe+4CO₂↑；
（4）本實驗的尾氣需要處理，因為反應產(chǎn)生的二氧化碳在高溫下會與碳反應生成有毒的一氧化碳，石灰水不能吸收一氧化碳，排到大氣中會污染空氣．一般用燃燒的方法處理一氧化碳，所以可以用雙孔塞把b塞起來，一個孔導入反應后產(chǎn)生的氣體，以除去二氧化碳，另一孔導出，在導管口處點燃，出去一氧化碳，或連接一個加熱的裝有CuO粉末的反應管，
故答案為：需要處理，因為生成了有毒的CO；可連接一個加熱的裝有CuO粉末的反應管（或放一個點燃的酒精燈，或用一氣球收集氣體．其它合理答案同樣可以）；
（5）當連續(xù)b中沒有白色沉淀增加，或者兩次稱量反應管及反應混合物總質(zhì)量的差值不超過0.001g時可認為反應完全，
故答案為：兩次稱量反應管及反應混合物總質(zhì)量的差值不超過0.001g；
（6）少量的二氧化碳與石灰水反應生成碳酸鈣白色沉淀，過量的二氧化碳會與碳酸鈣結(jié)合成可溶的碳酸氫鈣，使溶液變澄清，
反應如下：Ca（OH）₂+2CO₂（過量）=Ca（HCO₃）₂ 所以只要使Ca（HCO₃）₂中的HCO₃^-變成CO₃^2-，就能變回CaCO₃沉淀，可以加入OH^-，離子反應如下：
加入的OH^-少量時：Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-（少量）=CaCO₃↓+H₂O，
加入的OH^-過量時：Ca²⁺+2HCO₃^-+2OH^-（過量）=CaCO₃↓+CO₃^2-+2H₂O，
故答案為：Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-→CaCO₃↓+H₂O，或Ca²⁺+2HCO₃^-+2OH^-=CaCO₃↓+CO₃^2-+2H₂O．

點評：本題難度較大，綜合考查物質(zhì)的組成和含量測定，注意通過反應計算物質(zhì)的化學式是解答本題的關鍵．