Question

5．某中學(xué)化學(xué)興趣小組按照課本實(shí)驗(yàn)方法（如圖甲），做木炭與氧化銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)很難觀察到紫紅色銅的生成，卻往往有暗紅色固體出現(xiàn)．他們決定對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究和改進(jìn)．

【提出問題】暗紅色的固體是什么？如何選擇合適的條件，使木炭還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯？
【查閱資料】銅有+1和+2兩種化合價(jià)，通常情況下，氧的化合價(jià)為-2，碳的化合價(jià)為+4或-4．
【猜想與假設(shè)】
（1）同學(xué)們認(rèn)為這種暗紅色固體可能是一種化合物，并猜測(cè)它的化學(xué)式為Cu₂O（Cu₄C、Cu₂C等其他合理答案同樣給分．
（2）同學(xué)們還認(rèn)為，通過改變反應(yīng)物的狀態(tài)、質(zhì)量比，以及反應(yīng)裝置，可以使該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，減少出現(xiàn)暗紅色固體的情況．
【分析與交流】
（1）小吳建議用超細(xì)炭粉與氧化銅粉末進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．你認(rèn)為這樣建議的原因是可以增加表面積，有利于反應(yīng)的進(jìn)行．
（2）小周建議用圖乙裝置替代甲裝置．與甲相比較，乙裝置中將試管直立放置的作用是有利于集中加熱，獲得持續(xù)高溫．
（3）對(duì)下列三種氧化銅和碳的質(zhì)量比例，小施建議選擇A（填選項(xiàng)序號(hào)）的比例．
A.32：3       B.40：3       C.48：3
你認(rèn)為小施這樣選擇的理由是反應(yīng)中炭粉會(huì)與試管內(nèi)的氧氣反應(yīng)而部分消耗，故稍過量的炭粉有利于反應(yīng)的進(jìn)行．
【實(shí)驗(yàn)與結(jié)論】
同學(xué)們決定按改進(jìn)后的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他們?cè)跈z驗(yàn)了乙裝置的氣密性后，往試管中加入已干燥的藥品并開始加熱，當(dāng)看到澄清的石灰水剛出現(xiàn)渾濁時(shí)，不能（填“可以”或“不能”）確定氧化銅和炭粉已經(jīng)開始反應(yīng)．
待反應(yīng)結(jié)束，先將導(dǎo)氣管從石灰水中取出，然后關(guān)閉止水夾，讓產(chǎn)物自然冷卻．若不關(guān)閉止水夾，可能出現(xiàn)的問題是空氣會(huì)進(jìn)入反應(yīng)的試管中，使生成的依然灼熱的銅重新被氧化．
待產(chǎn)物冷卻后，同學(xué)們終于找到了期待已久的紫紅色的銅，請(qǐng)你寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：2CuO+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑．．

Answer 1

分析 【猜想與假設(shè)】（1）猜測(cè)化學(xué)式時(shí)應(yīng)根據(jù)化合物中元素的化合價(jià)代數(shù)和為零的原則；
【分析與交流】
（1）根據(jù)物質(zhì)接觸面積越大反應(yīng)就越充分，用超細(xì)炭粉與氧化銅粉末反應(yīng)是合理的進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)乙裝置中將試管直立放置的作用是有利于反應(yīng)物受熱進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)在選擇氧化銅和碳的質(zhì)量比例時(shí)要考慮到氧氣消耗的炭進(jìn)行分析；
【實(shí)驗(yàn)與結(jié)論】根據(jù)該實(shí)驗(yàn)必須保證裝置的氣密性良好，溫度較高時(shí)銅可以和氧氣反應(yīng)生成氧化銅進(jìn)行分析．

解答 解：【猜想與假設(shè)】中，因?yàn)殂~有+1和+2兩種化合價(jià)，通常情況下，氧的化合價(jià)為-2，碳的化合價(jià)為+4或-4．根據(jù)化合物中元素的化合價(jià)代數(shù)和為零的原則，暗紅色固體的化學(xué)式可能為：Cu₂O（Cu₄C、Cu₂C）
【分析與交流】
（1）物質(zhì)接觸面積越大反應(yīng)就越充分，故答案為：使用顆粒更小的反應(yīng)物，可以增加表面積，有利于反應(yīng)的進(jìn)行．
（2）乙裝置中將試管直立放置更有利于集中加熱，并能利用反應(yīng)放出的熱量，答案為：是有利于集中加熱，獲得持續(xù)高溫．
（3）在選擇氧化銅和碳的質(zhì)量比例時(shí)要考慮到氧氣消耗的炭，不能按反應(yīng)的比例選擇，碳粉要稍多一些，有利于反應(yīng)充分進(jìn)行．
2CuO+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑
160：12
即40：3，而碳粉稍微多一點(diǎn)，即在給定選項(xiàng)中選A．
【實(shí)驗(yàn)與結(jié)論】
實(shí)驗(yàn)時(shí)首先要檢查裝置的氣密性，當(dāng)看到澄清的石灰水剛出現(xiàn)渾濁時(shí)，可能是炭也氧氣反應(yīng)生成的二氧化碳，故不能判斷碳一氧化銅發(fā)生了反應(yīng)，停止加熱后，仍能看到紅熱現(xiàn)象，并沿試管底部自下而上蔓延，這個(gè)現(xiàn)象說明該反應(yīng)要放出熱量，反應(yīng)結(jié)束后要關(guān)閉止水夾，防止進(jìn)入空氣，使灼熱的銅再被氧化．
故答案為：【猜想與假設(shè)】Cu₂O （Cu₄C、Cu₂C等其他合理答案同樣給分）；
【分析與交流】（1）可以增加表面積，有利于反應(yīng)的進(jìn)行；
（2）有利于集中加熱，獲得持續(xù)高溫；
（3）A；反應(yīng)中炭粉會(huì)與試管內(nèi)的氧氣反應(yīng)而部分消耗，故稍過量的炭粉有利于反應(yīng)的進(jìn)行．
【實(shí)驗(yàn)與結(jié)論】氣密性  不能  空氣會(huì)進(jìn)入反應(yīng)的試管中，使生成的依然灼熱的銅重新被氧化．
2CuO+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑．

點(diǎn)評(píng) 完成實(shí)驗(yàn)探究題時(shí)，要明確探究的目的，根據(jù)所給信息按步驟進(jìn)行分析，認(rèn)真思考反應(yīng)中的現(xiàn)象，不放過細(xì)節(jié)問題．