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)．小明同學設(shè)計了如圖所示的實驗來研究氧化銅跟活性炭的反應，實驗的裝置和現(xiàn)象如下：
實驗中觀察到：黑色粉末變紅色，澄清石灰水變渾濁．
小明根據(jù)上述現(xiàn)象認為：碳還原氧化銅可以生成銅和

 

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提出疑問1：“碳燃燒時可能生成CO₂也可能生成CO，那么碳與氧化銅反應生成的氣體是否也有多種可能？”
設(shè)計實驗：小雨同學打算用下面的一些實驗裝置設(shè)計一套組合裝置以檢測碳還原氧化銅時生成的氣體的成分．

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（裝置可重復使用）：A→

 

→

 

→

 

→F→

 

→

 

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實驗中根據(jù)什么現(xiàn)象可判斷產(chǎn)生的氣體中含CO？

 

，

 

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反思：小明認為上述裝置存在不完善之處，你認為裝置還需如何改進？

 

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提出疑問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

 

．
實驗探究：

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(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，充分反應后，靜置	若無現(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

為了進一步確定可能含有的物質(zhì)是否存在，小華將反應后的液體過濾，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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計算過程如下：

 

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Answer 1

分析：根據(jù)實驗中所出現(xiàn)的“澄清石灰水變渾濁”，可判斷反應后有二氧化碳氣體放出；
【設(shè)計實驗】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行氣體二氧化碳的檢驗，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的氣體直接排放會形成空氣污染，因此，裝置存在不足；
【查閱資料】根據(jù)化合價代數(shù)為零，可計算Cu₂O中Cu為+1價，+1價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；
【實驗探究】根據(jù)所設(shè)計的實驗：向紅色固體中加入足量稀硫酸，由于銅不能與稀硫酸發(fā)生反應而Cu₂O能與稀硫酸反應生成銅和硫酸銅，反應后溶液呈藍色說明固體中含有Cu₂O；若無現(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氣體；
故答案為：二氧化碳（或CO₂）；
【設(shè)計實驗】把還原氧化銅后的氣體通過澄清石灰水檢驗氣體中的二氧化碳后通過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澄清石灰水進行驗證；確定氣體中不含二氧化碳后使用濃硫酸對氣體進行干燥，干燥后的氣體能過灼熱的氧化銅，如果氣體中含有CO則黑色氧化銅變成紅色，把反應后氣體再通入澄清石灰水，石灰水應變渾濁；通過以上過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B）中澄清石灰水不渾濁說明氣體中的二氧化碳已全部除去；通過灼熱氧化銅后盛放澄清石灰水（即第三個B）變渾濁可說明生成了二氧化碳，同時可觀察C中黑色固體變紅色；據(jù)此可說明氣體中含有CO；
故答案為：第二個B中石灰水不渾濁；第三個B中石灰水變渾濁；（也可加填“C中黑色固體變紅色”）；
【反思】反應后產(chǎn)生的尾氣中含有有毒氣體CO，直接排放會造成空氣污染，因此需要對尾氣進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，點燃尾氣；
【查閱資料】根據(jù)化學式Cu₂O可計算其中Cu元素為+1價，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；
【實驗探究】稀硫酸不能與銅發(fā)生反應，而氧化亞銅可與稀硫酸反應生成銅、硫酸銅和水；因此，當無現(xiàn)象時，說明固體中只含有銅；而溶液變成藍色時，說明紅色固體中含有氧化亞銅；氧化亞銅與稀硫酸反應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：

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
		銅（或Cu）
	無色溶液變藍色，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，與實驗中反應后生成的固體質(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．

點評：在研究物質(zhì)組成時，通過定性的探究實驗不能確定某組成成分時，可通過定量研究加以判斷；定量研究時，質(zhì)量守恒思想是進行推斷的根本依據(jù)．