Question

在加热条件下，炭粉可以还原某些金属氧化物，得到金属单质．小明同学设计了如图所示的实验来研究氧化铜跟活性炭的反应，实验的装置和现象如下：
实验中观察到：黑色粉末变红色，澄清石灰水变浑浊．
小明根据上述现象认为：碳还原氧化铜可以生成铜和

 

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提出疑问1：“碳燃烧时可能生成CO₂也可能生成CO，那么碳与氧化铜反应生成的气体是否也有多种可能？”
设计实验：小雨同学打算用下面的一些实验装置设计一套组合装置以检测碳还原氧化铜时生成的气体的成分．

若要证明碳还原氧化铜生成的气体中是否含有CO和CO₂，上述装置的连接顺序是（装置可重复使用）：A→

 

→

 

→

 

→F→

 

→

 

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实验中根据什么现象可判断产生的气体中含CO？

 

，

 

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反思：小明认为上述装置存在不完善之处，你认为装置还需如何改进？

 

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提出疑问2：碳还原氧化铜得到的红色固体是否一定是铜？
查阅资料：①C也能将CuO还原为红色固体Cu₂O（该物质的名称为

 

）．
②Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O
猜想：（1）红色固体只是Cu；    
（2）红色固体是

 

；
（3）红色固体是

 

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实验探究：

实验操作	实验现象	实验结论
取7.2g红色固体放入烧杯中，向其中加入足量的稀硫酸，充分反应后，静置	若无现象	证明红色固体是
	若   ，	证明红色固体中肯定含有   ，可能含有

为了进一步确定可能含有的物质是否存在，小华将反应后的液体过滤，将滤渣洗涤干燥，称得其质量为3.2克，根据上述数据判断红色固体的成分是

 

．
计算过程如下：

 

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Answer 1

分析：根据实验中所出现的“澄清石灰水变浑浊”，可判断反应后有二氧化碳气体放出；
【设计实验】要证明碳还原氧化铜生成的气体中是否含有CO和CO₂，可把气体先通过氢氧化钠溶液除去二氧化碳，然后再通入灼热的氧化铜并再次使用澄清石灰水进行气体二氧化碳的检验，若观察到澄清石灰水变浑浊，可证明生成的气体中含有CO；
【反思】CO气体有毒，不经处理而把混有CO的气体直接排放会形成空气污染，因此，装置存在不足；
【查阅资料】根据化合价代数为零，可计算Cu₂O中Cu为+1价，+1价Cu称为亚铜，因此该物质被称为氧化亚铜；
【猜想】根据C高温下还原CuO可能生成Cu和Cu₂O，则C还原CuO的生成物可能为Cu，也可能为Cu₂O，还有可能为Cu、Cu₂O的混合物；
【实验探究】根据所设计的实验：向红色固体中加入足量稀硫酸，由于铜不能与稀硫酸发生反应而Cu₂O能与稀硫酸反应生成铜和硫酸铜，反应后溶液呈蓝色说明固体中含有Cu₂O；若无现象，则固体中只含有铜；
假设7.2g红色固体全部是Cu₂O计算铜的质量，看是否等于3.2g；或假设所得3.2g全部是铜计算Cu₂O的质量，看是否等于7.2g，据此判断红色固体的组成成分．

解答：解：碳还原氧化铜生成使澄清石灰水变浑浊的二氧化碳气体；
故答案为：二氧化碳（或CO₂）；
【设计实验】把还原氧化铜后的气体通过澄清石灰水检验气体中的二氧化碳后通过氢氧化钠溶液除去二氧化碳，为确定二氧化碳已完全除去可再次通过澄清石灰水进行验证；确定气体中不含二氧化碳后使用浓硫酸对气体进行干燥，干燥后的气体能过灼热的氧化铜，如果气体中含有CO则黑色氧化铜变成红色，把反应后气体再通入澄清石灰水，石灰水应变浑浊；通过以上过程可证明气体为一氧化碳和二氧化碳的混合气体；
故答案为：A→B→D→B→F→C→B；
气体通入灼热氧化铜前的装置B（即第二个B）中澄清石灰水不浑浊说明气体中的二氧化碳已全部除去；通过灼热氧化铜后盛放澄清石灰水（即第三个B）变浑浊可说明生成了二氧化碳，同时可观察C中黑色固体变红色；据此可说明气体中含有CO；
故答案为：第二个B中石灰水不浑浊；第三个B中石灰水变浑浊；（也可加填“C中黑色固体变红色”）；
【反思】反应后产生的尾气中含有有毒气体CO，直接排放会造成空气污染，因此需要对尾气进行收集或直接燃烧处理；而装置中缺少类似的处理装置；
故答案为：在装置最后放一盏酒精灯，点燃尾气；
【查阅资料】根据化学式Cu₂O可计算其中Cu元素为+1价，称为亚铜；
故答案为：氧化亚铜；
【猜想】木炭还原氧化铜有可能生成铜或氧化亚铜，因此可猜想反应后生成物为：铜或氧化亚铜或铜与氧化亚铜的混合物；
故答案为：Cu₂O；Cu₂O和Cu的混合物；
【实验探究】稀硫酸不能与铜发生反应，而氧化亚铜可与稀硫酸反应生成铜、硫酸铜和水；因此，当无现象时，说明固体中只含有铜；而溶液变成蓝色时，说明红色固体中含有氧化亚铜；氧化亚铜与稀硫酸反应生成的铜使溶液中出现的红色铜不能确定原红色粉末中是否一定含有铜；
故答案为：

实验操作	实验现象	实验结论
		铜（或Cu）
	无色溶液变蓝色，仍有红色固体剩余．	一定有Cu2O，可能有Cu

假设7.2g红色固体全部是Cu₂O，反应后生成铜的质量为x
Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O
144        64
7.2g       x

144

7.2g

=

64

x

 解之得x=3.2g，与实验中反应后生成的固体质量相等；因此判断红色固体全部为氧化亚铜；
故答案为：红色固体的成分是Cu₂O．

点评：在研究物质组成时，通过定性的探究实验不能确定某组成成分时，可通过定量研究加以判断；定量研究时，质量守恒思想是进行推断的根本依据．