Question

4．某化学兴趣小组在一个充满O₂的密闭容器中加入一定量的碳粉，在高温条件下使其充分反应，待反应结束后，容器中的碳粉已全部消失．该小组成员对容器中反应后的气体进行如下探究：
【提示】①CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O；②浓硫酸能吸水．
【知识回顾】碳充分燃烧和不充分燃烧的产物是不同的，写出碳不充分燃烧的化学方程式2C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO．
【提出猜想】（1）小红对容器中气体的组成提出如下四种猜想：
A．C和CO        B．只有CO         C．CO和O₂的混合气体           D．只有CO₂
你认为上述猜想中明显不合理的有AC（填字母）．
（2）小明认为容器中的气体还可能是CO和CO₂的混合气体；小强认为容器中的气体还可能是O₂和CO₂的混合气体．
【实验探究1】小明为了验证自己的猜想，按如图所示装置进行探究．

请回答下列问题：
（1）装置B中NaOH溶液的作用是除去空气中的二氧化碳．
（2）若小明的猜想成立，则装置A中的实验现象是澄清石灰水变浑浊，反应的化学方程式是CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O，装置D玻璃管中的实验现象是红色粉末变成黑色，反应的化学方程式是Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【实验探究2】小强把小明实验中的氧化铁换成了铜丝网，并去掉E装置验证其猜想．若小强的猜想成立，则装置D中的实验现象是红色粉末变成黑色．
【反思交流】有同学认为，小强应先通入容器中气体一段时间后方可加热，你认为这样修改的原因是排净玻璃管中的空气，排除空气中氧气的干扰．
【拓展延伸】若反应前容器中碳粉的质量为6g且小明的猜想成立，则容器中氧气质量的取值范围是大于8g，且小于16g．

Answer 1

分析 【知识回顾】碳不充分燃烧生成一氧化碳；
【提出猜想】氧气足量时，碳在氧气中燃烧生成二氧化碳；氧气不足时，碳和氧气反应生成一氧化碳；高温条件下，碳和二氧化碳反应能生成一氧化碳；
【实验探究1】（1）氢氧化钠可以与二氧化碳反应；
（2）二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊；高温条件下，氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳；
【实验探究2】空气中含有氧气，加热条件下，铜能和氧气反应生成氧化铜；
【反思交流】实验时要排除空气中氧气的干扰；
【拓展延伸】利用极值法分析．

解答 解：【知识回顾】碳不充分燃烧生成一氧化碳，化学方程式为2C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO；故填：2C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO；
【提出猜想】碳不是气体，故A错；CO和O₂点燃的条件下会继续反应，不会共存，故C错；碳和氧气反应时，如果氧气有剩余，则还应该含有二氧化碳气体；故填：AC；O₂和CO₂的混合气体；
【实验探究1】（1）装置B中NaOH溶液的作用是除去空气中的二氧化碳，故填：除去空气中的二氧化碳；
（2）若小明的猜想成立，则装置A中的实验现象是澄清石灰水变浑浊，反应的化学方程式是：CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；
装置D玻璃管中的实验现象是红色粉末变成黑色，反应的化学方程式是：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
故填：澄清石灰水变浑浊；CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；红色粉末变成黑色；Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【实验探究2】如果氧气过量，则乙容器中气体的组成是CO₂和O₂的混合气体；加热条件下，铜能和氧气反应生成氧化铜，所以红色粉末变成黑色；故填：红色粉末变成黑色；
【反思交流】应先通入乙中气体一段时间后方可加热，这样修改的原因是排净玻璃管中的空气，排除空气中氧气的干扰；故填：排净玻璃管中的空气，排除空气中氧气的干扰；
【拓展延伸】设碳完全炭烧生成二氧化碳时，氧气的质量为x
C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂
12  32
6g    x
$\frac{12}{6g}=\frac{32}{x}$
x=16g
设碳不完全炭烧生成一氧化碳时，氧气的质量为y
2C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO
24   32
6g    y
$\frac{24}{6g}=\frac{32}{y}$
y=8g
所以若反应前容器中碳粉的质量为6g且小明的猜想成立，则容器中氧气质量的取值范围是大于8g，且小于16g；故填：大于8g，且小于16g．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．