Question

在加熱條件下，炭粉可以還原某些金屬氧化物，得到金屬單質(zhì)．小明同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究氧化銅跟活性炭的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)的裝置和現(xiàn)象如下：
實(shí)驗(yàn)中觀察到：黑色粉末變紅色，澄清石灰水變渾濁．
小明根據(jù)上述現(xiàn)象認(rèn)為：碳還原氧化銅可以生成銅和

 

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提出疑問(wèn)1：“碳燃燒時(shí)可能生成CO₂也可能生成CO，那么碳與氧化銅反應(yīng)生成的氣體是否也有多種可能？”
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：小雨同學(xué)打算用下面的一些實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)一套組合裝置以檢測(cè)碳還原氧化銅時(shí)生成的氣體的成分．

若要證明碳還原氧化銅生成的氣體中是否含有CO和CO₂，上述裝置的連接順序是（裝置可重復(fù)使用）：A→

 

→

 

→

 

→F→

 

→

 

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實(shí)驗(yàn)中根據(jù)什么現(xiàn)象可判斷產(chǎn)生的氣體中含CO？

 

，

 

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反思：小明認(rèn)為上述裝置存在不完善之處，你認(rèn)為裝置還需如何改進(jìn)？

 

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提出疑問(wèn)2：碳還原氧化銅得到的紅色固體是否一定是銅？
查閱資料：①C也能將CuO還原為紅色固體Cu₂O（該物質(zhì)的名稱為

 

）．
②Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O
猜想：（1）紅色固體只是Cu；    
（2）紅色固體是

 

；
（3）紅色固體是

 

．
實(shí)驗(yàn)探究：

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
取7.2g紅色固體放入燒杯中，向其中加入足量的稀硫酸，充分反應(yīng)后，靜置	若無(wú)現(xiàn)象	證明紅色固體是
	若   ，	證明紅色固體中肯定含有   ，可能含有

為了進(jìn)一步確定可能含有的物質(zhì)是否存在，小華將反應(yīng)后的液體過(guò)濾，將濾渣洗滌干燥，稱得其質(zhì)量為3.2克，根據(jù)上述數(shù)據(jù)判斷紅色固體的成分是

 

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計(jì)算過(guò)程如下：

 

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Answer 1

分析：根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的“澄清石灰水變渾濁”，可判斷反應(yīng)后有二氧化碳?xì)怏w放出；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】要證明碳還原氧化銅生成的氣體中是否含有CO和CO₂，可把氣體先通過(guò)氫氧化鈉溶液除去二氧化碳，然后再通入灼熱的氧化銅并再次使用澄清石灰水進(jìn)行氣體二氧化碳的檢驗(yàn)，若觀察到澄清石灰水變渾濁，可證明生成的氣體中含有CO；
【反思】CO氣體有毒，不經(jīng)處理而把混有CO的氣體直接排放會(huì)形成空氣污染，因此，裝置存在不足；
【查閱資料】根據(jù)化合價(jià)代數(shù)為零，可計(jì)算Cu₂O中Cu為+1價(jià)，+1價(jià)Cu稱為亞銅，因此該物質(zhì)被稱為氧化亞銅；
【猜想】根據(jù)C高溫下還原CuO可能生成Cu和Cu₂O，則C還原CuO的生成物可能為Cu，也可能為Cu₂O，還有可能為Cu、Cu₂O的混合物；
【實(shí)驗(yàn)探究】根據(jù)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)：向紅色固體中加入足量稀硫酸，由于銅不能與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)而Cu₂O能與稀硫酸反應(yīng)生成銅和硫酸銅，反應(yīng)后溶液呈藍(lán)色說(shuō)明固體中含有Cu₂O；若無(wú)現(xiàn)象，則固體中只含有銅；
假設(shè)7.2g紅色固體全部是Cu₂O計(jì)算銅的質(zhì)量，看是否等于3.2g；或假設(shè)所得3.2g全部是銅計(jì)算Cu₂O的質(zhì)量，看是否等于7.2g，據(jù)此判斷紅色固體的組成成分．

解答：解：碳還原氧化銅生成使澄清石灰水變渾濁的二氧化碳?xì)怏w；
故答案為：二氧化碳（或CO₂）；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】把還原氧化銅后的氣體通過(guò)澄清石灰水檢驗(yàn)氣體中的二氧化碳后通過(guò)氫氧化鈉溶液除去二氧化碳，為確定二氧化碳已完全除去可再次通過(guò)澄清石灰水進(jìn)行驗(yàn)證；確定氣體中不含二氧化碳后使用濃硫酸對(duì)氣體進(jìn)行干燥，干燥后的氣體能過(guò)灼熱的氧化銅，如果氣體中含有CO則黑色氧化銅變成紅色，把反應(yīng)后氣體再通入澄清石灰水，石灰水應(yīng)變渾濁；通過(guò)以上過(guò)程可證明氣體為一氧化碳和二氧化碳的混合氣體；
故答案為：A→B→D→B→F→C→B；
氣體通入灼熱氧化銅前的裝置B（即第二個(gè)B）中澄清石灰水不渾濁說(shuō)明氣體中的二氧化碳已全部除去；通過(guò)灼熱氧化銅后盛放澄清石灰水（即第三個(gè)B）變渾濁可說(shuō)明生成了二氧化碳，同時(shí)可觀察C中黑色固體變紅色；據(jù)此可說(shuō)明氣體中含有CO；
故答案為：第二個(gè)B中石灰水不渾濁；第三個(gè)B中石灰水變渾濁；（也可加填“C中黑色固體變紅色”）；
【反思】反應(yīng)后產(chǎn)生的尾氣中含有有毒氣體CO，直接排放會(huì)造成空氣污染，因此需要對(duì)尾氣進(jìn)行收集或直接燃燒處理；而裝置中缺少類似的處理裝置；
故答案為：在裝置最后放一盞酒精燈，點(diǎn)燃尾氣；
【查閱資料】根據(jù)化學(xué)式Cu₂O可計(jì)算其中Cu元素為+1價(jià)，稱為亞銅；
故答案為：氧化亞銅；
【猜想】木炭還原氧化銅有可能生成銅或氧化亞銅，因此可猜想反應(yīng)后生成物為：銅或氧化亞銅或銅與氧化亞銅的混合物；
故答案為：Cu₂O；Cu₂O和Cu的混合物；
【實(shí)驗(yàn)探究】稀硫酸不能與銅發(fā)生反應(yīng)，而氧化亞銅可與稀硫酸反應(yīng)生成銅、硫酸銅和水；因此，當(dāng)無(wú)現(xiàn)象時(shí)，說(shuō)明固體中只含有銅；而溶液變成藍(lán)色時(shí)，說(shuō)明紅色固體中含有氧化亞銅；氧化亞銅與稀硫酸反應(yīng)生成的銅使溶液中出現(xiàn)的紅色銅不能確定原紅色粉末中是否一定含有銅；
故答案為：

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
		銅（或Cu）
	無(wú)色溶液變藍(lán)色，仍有紅色固體剩余．	一定有Cu2O，可能有Cu

假設(shè)7.2g紅色固體全部是Cu₂O，反應(yīng)后生成銅的質(zhì)量為x
Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O
144        64
7.2g       x

144

7.2g

=

64

x

 解之得x=3.2g，與實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)后生成的固體質(zhì)量相等；因此判斷紅色固體全部為氧化亞銅；
故答案為：紅色固體的成分是Cu₂O．

點(diǎn)評(píng)：在研究物質(zhì)組成時(shí)，通過(guò)定性的探究實(shí)驗(yàn)不能確定某組成成分時(shí)，可通過(guò)定量研究加以判斷；定量研究時(shí)，質(zhì)量守恒思想是進(jìn)行推斷的根本依據(jù)．