Question

已知木炭粉与某红棕色粉末在高温下反应生成二氧化碳和铁．某同学设计了一个实验，证明红棕色粉末中含有氧元素，并测定其中氧元素的质量分数，装置如图所示．
（1）实验前，首先要进行的操作是

检查装置的气密性，通氮气赶走装置中残余的空气

；
（2）实验中，盛放澄清石灰水的大试管中出现的现象是

澄清石灰水变浑浊

；
（3）实验中通入纯净而干燥的氮气，其目的是

防止空气中二氧化碳及空气中氧气与炭粉反应，氮气中的水分也会影响对生成二氧化碳质量的测定

；
（4）尾气中可能含有的一种有毒气体是

一氧化碳

；
（5）如果3.2g该红棕色粉末与碳充分反应，测得澄清石灰水增重1.32g，则该红棕色粉末中氧元素的质量分数为

30%

写出计算过程如下：

测得石灰水增重1.32g，即充分反应后生成二氧化碳质量为1.32g；
生成的1.32g二氧化碳中氧元素质量=1.32g×

16×2

44

×100%=0.96g
红棕色粉末中氧元素的质量分数=

0.96g

3.2g

×100%=30%

．

Answer 1

分析：（1）加热条件下木炭能与空气中氧气反应生成二氧化碳，空气中含有的二氧化碳都会影响实验对红棕色粉末中氧元素的检验与测定，实验前就要排尽管内空气；
（2）加热时，炭粉与红棕色粉末反应可产生二氧化碳，二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊；
（3）实验中通入纯净而干燥的氮气，是为了防止空气中的二氧化碳及空气中氧气与炭粉反应生成二氧化碳，影响对红棕色粉末中氧的检验与测定；而潮湿的氮气中的水分也会对测量生成二氧化碳的质量造成影响；
（4）根据根据质量守恒定律，反应前后元素的种类不变，可能含有一氧化碳；
（5）澄清石灰水因吸收二氧化碳而增重，因此石灰水增重量即产生二氧化碳的质量；二氧化碳中氧元素全部来自红棕色粉末，即二氧化碳中氧元素的质量就是红棕色粉末中氧元素的质量；利用测定的二氧化碳的质量计算出氧元素质量，氧元素质量与红棕色粉末的质量比即为红棕色粉末中氧元素的质量分数．

解答：解：（1）为避免管内空气对实验结果的影响，实验前应用性质稳定的氮气把管内空气全部排出；
（2）在加热条件下，炭粉与红棕色粉末发生反应生成的二氧化碳排出，被澄清石灰水吸收，可观察到澄清石灰水变浑浊；
（3）因为空气中含有二氧化碳和氧气，可能使反应物和生成物的质量增加而导致实验结果不准确．
实验中也不能用潮湿的氮气的原因是：用潮湿的氮气会使热的试管炸裂，同时在高温下水也能和碳反应，导致木炭不仅和氧化铁反应，会导致测定的氧元素的质量分数偏大；
（4）根据反应物及题意：可能会有部分二氧化碳与碳反应生成有毒的一氧化碳；
（5）测得石灰水增重1.32g，即充分反应后生成二氧化碳质量为1.32g；
生成的1.32g二氧化碳中氧元素质量=1.32g×

16×2

44

×100%=0.96g
红棕色粉末中氧元素的质量分数=

0.96g

3.2g

×100%=30%
故答案为：
（1）检查装置的气密性，通氮气赶走装置中残余的空气；
（2）澄清石灰水变浑浊；
（3）防止空气中二氧化碳及空气中氧气与炭粉反应，氮气中的水分也会影响对生成二氧化碳质量的测定；
（4）一氧化碳；
（5）30%；
测得石灰水增重1.32g，即充分反应后生成二氧化碳质量为1.32g；
生成的1.32g二氧化碳中氧元素质量=1.32g×

16×2

44

×100%=0.96g
红棕色粉末中氧元素的质量分数=

0.96g

3.2g

×100%=30%．

点评：本题考查了氧化物与炭粉的反应，要在理解实验目的和操作方法的基础上，对实验过程、实验现象及实验操作注意事项进行判断；并通过变化中元素不变，由测定的实验数据，进行氧化铜中氧元素质量分数的计算．