Question

18．某化學(xué)小組利用如圖裝置探究高溫下用CO還原CuO的固體產(chǎn)物的成分．

已知：
①H₂C₂O₄ $→_{△}^{濃硫酸}$ CO↑+CO₂↑+H₂O
②Cu₂O+4NH₃•H₂O=2[Cu （NH₃）₂]⁺+3H₂O+2OH^-
回答下列問(wèn)題：
（1）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，首先必須進(jìn)行的操作為檢查裝置氣密性．
（2）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，先往A裝置的圓底燒瓶中加入一定量的濃硫酸，再點(diǎn)燃酒精燈，一段時(shí)間后，待F裝置中開(kāi)始出現(xiàn)黑色固體，再點(diǎn)燃D處的酒精噴燈．
（3）裝置B的作用是除去反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂氣體，防止干擾后面的測(cè)定
（4）為探究其還原產(chǎn)物的成分，某同學(xué)提出了如下假設(shè)：
假設(shè)1：還原產(chǎn)物為Cu₂O；  假設(shè)2：還原產(chǎn)物為Cu； 假設(shè)3：還原產(chǎn)物為Cu和Cu₂O的混合物．
（5）F裝置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反應(yīng)后溶液變黑（Pd），該反應(yīng)的化學(xué)方程式為PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl．（6）為驗(yàn)證還原產(chǎn)物的成分，甲、乙同學(xué)設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案．
①反應(yīng)前測(cè)CuO固體樣品的質(zhì)量為12.0g，反應(yīng)一段時(shí)間后，熄滅D裝置的酒精噴燈，并立即熄滅A裝置的酒精燈，待D裝置中固體冷卻后，稱(chēng)得固體的質(zhì)量為10.4g．甲同學(xué)取少量稱(chēng)量后的固體放入200mL 3.0mol•L^-1的氨水中，充分混合一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH沒(méi)有改變（溶液體積變化忽略不計(jì)），甲同學(xué)通過(guò)信息推測(cè)固體的成分為Cu，該反應(yīng)中CuO的轉(zhuǎn)化率是66.7%
②乙同學(xué)稱(chēng)量E裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量差，計(jì)算出CuO的轉(zhuǎn)化率比甲同學(xué)計(jì)算結(jié)果偏小，其主要原是部分生成的CO₂氣體殘留在裝置D，導(dǎo)致結(jié)果偏小．

Answer 1

分析 探究高溫下用CO還原CuO的固體產(chǎn)物的成分：先制備純凈的一氧化碳，依據(jù)裝置圖可知，裝置A加熱分解生成一氧化碳、二氧化碳和水蒸氣，通過(guò)裝置B吸收二氧化碳，通過(guò)裝置C吸收水蒸氣，得到純凈的一氧化碳?xì)怏w，通過(guò)裝置D進(jìn)行CO能還原CuO，通過(guò)裝置E用氫氧化鋇溶液，驗(yàn)證生成的二氧化碳，通過(guò)裝置F，F(xiàn)裝置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反應(yīng)后溶液變黑（Pd）．
（1）該實(shí)驗(yàn)有氣體參與，為保證實(shí)驗(yàn)的順利完成，需檢驗(yàn)裝置的氣密性；
（2）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，先往A裝置的圓底燒瓶中加入一定量的濃硫酸，再點(diǎn)燃酒精燈，先制取一氧化碳，根據(jù)F裝置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反應(yīng)后溶液變黑（Pd）判斷一氧化碳是否已經(jīng)生成；
（3）通過(guò)裝置D進(jìn)行CO能還原CuO，通過(guò)裝置E用氫氧化鋇溶液，驗(yàn)證生成的二氧化碳，需通過(guò)裝置B吸收二氧化碳，防止干擾后面生成的二氧化碳的驗(yàn)證；
（4）CO還原CuO的固體產(chǎn)物的成分可能為Cu₂O或Cu，或兩者的混合物，分析判斷；
（5）F裝置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反應(yīng)后溶液變黑（Pd），根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，化合價(jià)升高的為碳由+2價(jià)變?yōu)?4價(jià)；
（6）①甲同學(xué)取少量稱(chēng)量后的固體放入200mL 3.0mol•L^-1的氨水中，充分混合一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH沒(méi)有改變，說(shuō)明未發(fā)生Cu₂O+4NH₃•H₂O=2[Cu （NH₃）₂]⁺+3H₂O+2OH^-該反應(yīng)，說(shuō)明無(wú)Cu₂O，根據(jù)氧、銅質(zhì)量守恒計(jì)算該反應(yīng)中CuO的轉(zhuǎn)化率；
②裝置中殘留二氧化碳，計(jì)算出CuO的轉(zhuǎn)化率偏�。�

解答 解：探究高溫下用CO還原CuO的固體產(chǎn)物的成分：先制備純凈的一氧化碳，依據(jù)裝置圖可知，裝置A加熱分解生成一氧化碳、二氧化碳和水蒸氣，通過(guò)裝置B吸收二氧化碳，通過(guò)裝置C吸收水蒸氣，得到純凈的一氧化碳?xì)怏w，通過(guò)裝置D進(jìn)行CO能還原CuO，通過(guò)裝置E用氫氧化鋇溶液，驗(yàn)證生成的二氧化碳，通過(guò)裝置F，F(xiàn)裝置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反應(yīng)后溶液變黑（Pd）．
（1）探究高溫下用CO還原CuO的固體產(chǎn)物的成分，需制備一氧化碳，需進(jìn)行一氧化碳與氧化銅反應(yīng)，為保證實(shí)驗(yàn)的順利完成，所以需檢查裝置氣密性，
故答案為：檢查裝置氣密性；
（2）實(shí)驗(yàn)中需排盡裝置中的氧氣，所以先制取一氧化碳，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，先往A裝置的圓底燒瓶中加入一定量的濃硫酸，再點(diǎn)燃酒精燈，先制取一氧化碳，根據(jù)F裝置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反應(yīng)后溶液變黑（Pd）判斷一氧化碳是否已經(jīng)生成，所以F裝置中開(kāi)始出現(xiàn)黑色固體，一氧化碳已經(jīng)充滿(mǎn)裝置，再點(diǎn)燃D處的酒精噴燈，
故答案為：F裝置中開(kāi)始出現(xiàn)黑色固體；
（3）裝置D進(jìn)行CO能還原CuO，氣體產(chǎn)物為二氧化碳，需通過(guò)裝置E氫氧化鋇溶液，二氧化碳和氫氧化鋇反應(yīng)生成白色的碳酸鋇沉淀，驗(yàn)證生成的二氧化碳，裝置A加熱分解H₂C₂O₄ $→_{△}^{濃硫酸}$ CO↑+CO₂↑+H₂O，為防止制取一氧化碳中的二氧化碳干擾后續(xù)實(shí)驗(yàn)，需用裝置B除去反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂氣體，防止干擾后面的測(cè)定，
故答案為：除去反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂氣體，防止干擾后面的測(cè)定；
（4）一氧化碳和氧化銅反應(yīng)，主要生成銅和二氧化碳，假設(shè)1：還原產(chǎn)物為Cu₂O； 假設(shè)2：還原產(chǎn)物為Cu，假設(shè)3：還原產(chǎn)物為兩者的混合物，即Cu和Cu₂O的混合物，
故答案為：Cu；Cu和Cu₂O的混合物；
（5）F裝置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反應(yīng)后溶液變黑（Pd），根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，化合價(jià)升高的為碳由+2價(jià)變?yōu)?4價(jià)的二氧化碳，所以反應(yīng)為：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl，
故答案為：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（6）①甲同學(xué)取少量稱(chēng)量后的固體放入200mL 3.0mol•L^-1的氨水中，充分混合一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH沒(méi)有改變，說(shuō)明未發(fā)生Cu₂O+4NH₃•H₂O=2[Cu （NH₃）₂]⁺+3H₂O+2OH^-該反應(yīng)，說(shuō)明無(wú)Cu₂O，假設(shè)2、假設(shè)3不成立，甲同學(xué)通過(guò)信息推測(cè)固體的成分為Cu，反應(yīng)前測(cè)CuO固體樣品的質(zhì)量為12.0g，待D裝置中固體冷卻后，稱(chēng)得固體的質(zhì)量為10.4g，減少的質(zhì)量為12g-10.4g=1.6g，為氧元素的質(zhì)量，n（O）=$\frac{1.6g}{16g/mol}$=0.1mol，則分解的n（CuO）=0.1mol，該反應(yīng)中CuO的轉(zhuǎn)化率是$\frac{0.1mol×80g/mol}{12g}$×100%≈66.7%，
故答案為：Cu；66.7%； 
②部分生成的CO₂氣體殘留在裝置D，錯(cuò)誤計(jì)算為殘留的固體質(zhì)量，導(dǎo)致計(jì)算出的還原出的氧元素質(zhì)量偏小，即計(jì)算出CuO的轉(zhuǎn)化率比甲同學(xué)計(jì)算結(jié)果偏小，
故答案為：部分生成的CO₂氣體殘留在裝置D，導(dǎo)致結(jié)果偏�。�

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證生成物成分、實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)組成的分析判斷，主要是產(chǎn)物的檢驗(yàn)，物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用，培養(yǎng)了分析綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．