Question

9．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 利用如图装置探究高温下用CO还原CuO的固体产物的成分，装置A中草酸和浓硫酸加热反应生成一氧化碳、二氧化碳和水，通过装置B中 的氢氧化钠溶液吸收二氧化碳气体，通过装置C中的浓硫酸吸收气体中的水蒸气，得到干燥的一氧化碳进入装置D中和氧化铜加热反应生成铜和二氧化碳，通过装置E中的氢氧化钡溶液吸收检验生成气体中的二氧化碳气体，最后通过装置F中PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，
（1）整套装置是气体发生装置，气体除杂、气体验证和反应现象的理解应用，需要装置气密性完好；
（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F装置中开始出现黑色固体，说明装置中充满一氧化碳，再点燃D处酒精灯，防止混有空气加热爆炸；
（3）装置B是除去生成气体中的二氧化碳，避免干扰一氧化碳的检验；
（4）还原产物为Cu₂O或Cu或二者的混合物；
（5）PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反应后溶液变黑生成Pd、二氧化碳和氯化氢，结合原子守恒配平书写化学方程式；
（6）①氧化亚铜和氨水发生反应，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反应，则固体为铜，结合化学反应差量变化就是氧化铁的质量，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
②生成的二氧化碳可能未全部进入装置E被吸收，会导致测定结果偏小．

解答 解：利用如图装置探究高温下用CO还原CuO的固体产物的成分，装置A中草酸和浓硫酸加热反应生成一氧化碳、二氧化碳和水，通过装置B中 的氢氧化钠溶液吸收二氧化碳气体，通过装置C中的浓硫酸吸收气体中的水蒸气，得到干燥的一氧化碳进入装置D中和氧化铜加热反应生成铜和二氧化碳，通过装置E中的氢氧化钡溶液吸收检验生成气体中的二氧化碳气体，最后通过装置F中PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，
（1）实验开始前，首先必须进行的操作为检查装置气密性，
故答案为：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F装置中开始出现黑色固体，说明装置中充满一氧化碳，在点燃D处酒精灯，若开始点燃会导致一氧化碳中混有空气的装置加热爆炸，
故答案为：F装置中开始出现黑色固体；
（3）装置B是除去生成气体中的二氧化碳，避免干扰一氧化碳的检验，
故答案为：除去反应产生的CO₂气体，防止干扰后面的测定；
（4）一氧化碳还原氧化铜可能生成氧化亚铜、铜产物，还原产物为Cu₂O或Cu或二者的混合物，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，
故答案为：Cu；Cu 和Cu₂O的混合物；
（5）PdCl₂溶液可以吸收多余的CO，反应后溶液变黑生成Pd、二氧化碳和氯化氢，结合原子守恒配平书写化学方程式为PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2 HCl，
故答案为：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2 HCl；
（6）①氧化亚铜和氨水发生反应，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反应，则固体为铜，结合化学反应差量变化就是氧化铁的质量，
CuO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+CO₂，△m
80g                                                                      16g
m                                                             （12.0g-10.4g）
m=8g，
该反应中CuO的转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{8g}{12.0g}$×100%=66.7%，
故答案为：Cu；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，
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 本题考查了物质组成和成分的实验测定，注意生成产物的实验测定，装置和试剂的作用是解题关键，题目难度中等．