Question

18．某化学小组利用如图装置探究高温下用CO还原CuO的固体产物的成分．

已知：
①H₂C₂O₄ $→_{△}^{浓硫酸}$ CO↑+CO₂↑+H₂O
②Cu₂O+4NH₃•H₂O=2[Cu （NH₃）₂]⁺+3H₂O+2OH^-
回答下列问题：
（1）实验开始前，首先必须进行的操作为检查装置气密性．
（2）实验开始时，先往A装置的圆底烧瓶中加入一定量的浓硫酸，再点燃酒精灯，一段时间后，待F装置中开始出现黑色固体，再点燃D处的酒精喷灯．
（3）装置B的作用是除去反应产生的CO₂气体，防止干扰后面的测定
（4）为探究其还原产物的成分，某同学提出了如下假设：
假设1：还原产物为Cu₂O；  假设2：还原产物为Cu； 假设3：还原产物为Cu和Cu₂O的混合物．
（5）F装置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反应后溶液变黑（Pd），该反应的化学方程式为PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl．（6）为验证还原产物的成分，甲、乙同学设计了两个实验方案．
①反应前测CuO固体样品的质量为12.0g，反应一段时间后，熄灭D装置的酒精喷灯，并立即熄灭A装置的酒精灯，待D装置中固体冷却后，称得固体的质量为10.4g．甲同学取少量称量后的固体放入200mL 3.0mol•L^-1的氨水中，充分混合一段时间后，测得溶液的pH没有改变（溶液体积变化忽略不计），甲同学通过信息推测固体的成分为Cu，该反应中CuO的转化率是66.7%
②乙同学称量E装置反应前后的质量差，计算出CuO的转化率比甲同学计算结果偏小，其主要原是部分生成的CO₂气体残留在装置D，导致结果偏小．

Answer 1

分析 探究高温下用CO还原CuO的固体产物的成分：先制备纯净的一氧化碳，依据装置图可知，装置A加热分解生成一氧化碳、二氧化碳和水蒸气，通过装置B吸收二氧化碳，通过装置C吸收水蒸气，得到纯净的一氧化碳气体，通过装置D进行CO能还原CuO，通过装置E用氢氧化钡溶液，验证生成的二氧化碳，通过装置F，F装置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反应后溶液变黑（Pd）．
（1）该实验有气体参与，为保证实验的顺利完成，需检验装置的气密性；
（2）实验开始时，先往A装置的圆底烧瓶中加入一定量的浓硫酸，再点燃酒精灯，先制取一氧化碳，根据F装置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反应后溶液变黑（Pd）判断一氧化碳是否已经生成；
（3）通过装置D进行CO能还原CuO，通过装置E用氢氧化钡溶液，验证生成的二氧化碳，需通过装置B吸收二氧化碳，防止干扰后面生成的二氧化碳的验证；
（4）CO还原CuO的固体产物的成分可能为Cu₂O或Cu，或两者的混合物，分析判断；
（5）F装置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反应后溶液变黑（Pd），根据氧化还原反应原理，化合价升高的为碳由+2价变为+4价；
（6）①甲同学取少量称量后的固体放入200mL 3.0mol•L^-1的氨水中，充分混合一段时间后，测得溶液的pH没有改变，说明未发生Cu₂O+4NH₃•H₂O=2[Cu （NH₃）₂]⁺+3H₂O+2OH^-该反应，说明无Cu₂O，根据氧、铜质量守恒计算该反应中CuO的转化率；
②装置中残留二氧化碳，计算出CuO的转化率偏小．

解答 解：探究高温下用CO还原CuO的固体产物的成分：先制备纯净的一氧化碳，依据装置图可知，装置A加热分解生成一氧化碳、二氧化碳和水蒸气，通过装置B吸收二氧化碳，通过装置C吸收水蒸气，得到纯净的一氧化碳气体，通过装置D进行CO能还原CuO，通过装置E用氢氧化钡溶液，验证生成的二氧化碳，通过装置F，F装置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反应后溶液变黑（Pd）．
（1）探究高温下用CO还原CuO的固体产物的成分，需制备一氧化碳，需进行一氧化碳与氧化铜反应，为保证实验的顺利完成，所以需检查装置气密性，
故答案为：检查装置气密性；
（2）实验中需排尽装置中的氧气，所以先制取一氧化碳，实验开始时，先往A装置的圆底烧瓶中加入一定量的浓硫酸，再点燃酒精灯，先制取一氧化碳，根据F装置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反应后溶液变黑（Pd）判断一氧化碳是否已经生成，所以F装置中开始出现黑色固体，一氧化碳已经充满装置，再点燃D处的酒精喷灯，
故答案为：F装置中开始出现黑色固体；
（3）装置D进行CO能还原CuO，气体产物为二氧化碳，需通过装置E氢氧化钡溶液，二氧化碳和氢氧化钡反应生成白色的碳酸钡沉淀，验证生成的二氧化碳，装置A加热分解H₂C₂O₄ $→_{△}^{浓硫酸}$ CO↑+CO₂↑+H₂O，为防止制取一氧化碳中的二氧化碳干扰后续实验，需用装置B除去反应产生的CO₂气体，防止干扰后面的测定，
故答案为：除去反应产生的CO₂气体，防止干扰后面的测定；
（4）一氧化碳和氧化铜反应，主要生成铜和二氧化碳，假设1：还原产物为Cu₂O； 假设2：还原产物为Cu，假设3：还原产物为两者的混合物，即Cu和Cu₂O的混合物，
故答案为：Cu；Cu和Cu₂O的混合物；
（5）F装置中的PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反应后溶液变黑（Pd），根据氧化还原反应原理，化合价升高的为碳由+2价变为+4价的二氧化碳，所以反应为：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl，
故答案为：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（6）①甲同学取少量称量后的固体放入200mL 3.0mol•L^-1的氨水中，充分混合一段时间后，测得溶液的pH没有改变，说明未发生Cu₂O+4NH₃•H₂O=2[Cu （NH₃）₂]⁺+3H₂O+2OH^-该反应，说明无Cu₂O，假设2、假设3不成立，甲同学通过信息推测固体的成分为Cu，反应前测CuO固体样品的质量为12.0g，待D装置中固体冷却后，称得固体的质量为10.4g，减少的质量为12g-10.4g=1.6g，为氧元素的质量，n（O）=$\frac{1.6g}{16g/mol}$=0.1mol，则分解的n（CuO）=0.1mol，该反应中CuO的转化率是$\frac{0.1mol×80g/mol}{12g}$×100%≈66.7%，
故答案为：Cu；66.7%； 
②部分生成的CO₂气体残留在装置D，错误计算为残留的固体质量，导致计算出的还原出的氧元素质量偏小，即计算出CuO的转化率比甲同学计算结果偏小，
故答案为：部分生成的CO₂气体残留在装置D，导致结果偏小．

点评 本题考查了实验验证生成物成分、实验探究物质组成的分析判断，主要是产物的检验，物质性质的理解应用，培养了分析综合应用能力，题目难度中等．