Question

13．学习了碳单质的化学性质，知道碳与氧气反应能够生成CO₂或CO后，某学习小组同学联想到木炭粉与氧化铜发生反应可能有：①2CuO+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑②CuO+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Cu+CO↑  他们想验证自已的想法，请你同他们一起进行探究．
【猜想与假设】
木炭粉与氧化铜反应生成的产物有三种可能：
（1）产物是铜和一氧化碳；（2）产物是铜和二氧化碳；（3）产物是铜、一氧化碳和二氧化碳．
【设计方案】
（1）检验产物中是否有CO₂的方法是将生成的气体通入澄清石灰水，若澄清石灰水变浑浊，则有二氧化碳，否则没有．
（2）如何检验产物是否存在CO，学习小组同学找查了资料：CO的特征反应是CO能使某种氯化钯的黄色混合液变蓝．
【实验结论】设计的实验装置（如图1）

实验报告：

实 验 现 象	实 验 结 论
①A中黑色粉末变为红色	①有铜生成
②B中黄色试纸变蓝	②有一氧化碳生成
③C中澄清石灰水变浑浊	③有CO2生成

【反思与评价】
（1）实验结束时，为防止Cu被氧化，必须先停止加热，待Cu冷却后再将试管口的胶塞取下，因此，若没有B瓶，可能导致的后果是溶液或澄清石灰水倒流到试管里使试管炸裂．
（2）从环保角度看，图1装置有缺陷，怎么办？装置C后加尾气处理装置．
【拓展与延伸】
（1）若采用图2装置代替图1中A装置，既可排尽试管中的空气，还可以将反应产生的气体赶出来，那么通入的“某气体”是什么？氮气或稀有气体．
（2）假若24.4g木炭粉与氧化铜混合物充分反应后，只生成二氧化碳气体，且反应后剩余固体质量为20g．求剩余固体中金属铜的质量分数．

Answer 1

分析 【猜想与假设【从木炭粉与氧化铜反应生成的产物有还有可能是既有一氧化碳生成又有二氧化碳生成去分析；
【设计实验方案【（1）从二氧化碳的检验方法去分析；  
（2）【实验结论】从题目信息可知：CO的特征反应是CO能使某种氯化钯的黄色混合液变蓝去分析；
【反思与评价【①从没有B安全瓶，随着装置A温度越来越低，装置内气体体积越来越小，在外部大气压的影响下，C瓶内的溶液或澄清石灰水倒流到试管里使试管炸裂去分析：
②从反应后生成了一氧化碳，一氧化碳是空气污染物且有毒去分析；
③从木炭可以燃烧，且生成二氧化碳气体；氧化铜不和氧气反应去分析；
【拓展延伸】（1）从要求这种气体不和装置中的物质发生反应，要求化学性质不活泼去分析；
（2）根据质量守恒定律可以计算出二氧化碳的质量，然后根据反应的化学方程式可以计算出氧化铜的质量，然后可以计算出铜的质量分数．

解答 解故：【猜想与假设】木炭粉与氧化铜反应生成的产物有还有可能是既有一氧化碳生成又有二氧化碳生成；
【设计实验方案】（1）二氧化碳能和石灰水反应生成不溶于水的碳酸钙和水，所可将生成的气体通入澄清石灰水，若澄清石灰水变浑浊，则有二氧化碳，否则没有； 
（2）【实验结论】A反应后生成了红色的铜，可以判断反应的现象为黑色粉末变为红色，由题目信息可知：CO的特征反应是CO能使某种氯化钯的黄色混合液变蓝．由实验现象：“②B中黄色试纸变蓝”，说明生成物中含有CO；由实验结论：“有CO₂生成”，可以判断“③C中”现象为澄清石灰水变浑浊；
【反思与评价】①若没有B安全瓶，随着装置A温度越来越低，装置内气体体积越来越小，在外部大气压的影响下，C瓶内的溶液或澄清石灰水倒流到试管里使试管炸裂；
②由上面实验结论可以看出，反应后生成了一氧化碳，一氧化碳是空气污染物且有毒，为防止散发到空气中，应在装置C后加尾气处理装置；
【拓展与交流】（1）如果用D图所示装置代替进行实验，从左端通入某气体，这样既可以排尽试管里的空气，又能将反应后的气体产物都“赶”出来，该气体要求这种气体不和装置中的物质发生反应，要求化学性质不活泼，故可选氮气或稀有气体．
（2）反应生成二氧化碳的质量为：24.4g-20.0g=4.4g
设氧化铜的质量为x
设反应的氧化铜质量是x
2CuO+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑
160             44
x              4.4g
$\frac{160}{x}$=$\frac{44}{4.4g}$
解得：x=16g
所以铜的质量分数为：$\frac{24.4g-16g}{24.4g}$×100%=34.4%
答：剩余固体中金属铜的质量分数为34.4%．
故答案为：【猜想与假设】产物是铜、一氧化碳和二氧化碳；
【设计实验方案】（1）将生成的气体（产物）通入澄清石灰水，若澄清石灰水变浑浊，则有二氧化碳，否则没有；  
（2）【实验与结论】

实 验 现 象	实 验 结 论
①A中 黑色粉末变为红色	①有铜生成
②B中黄色试纸变蓝	②有 一氧化碳生成
③C中 澄清石灰水	③有CO2生成

【反思与评价】①溶液或澄清石灰水倒流到试管里使试管炸裂；
②装置C后加尾气处理装置；
【拓展与交流】（1）氮气或稀有气体．
（2）4.4%．

点评 本题综合性较强，考查学生对一氧化碳和二氧化碳的化学性质，及对题目中提供的信息的理解与应用及灵活运用进行分析问题、解决问题的能力．