Question

1．某化學興趣小組同學對木炭還原氧化銅的實驗進行了一系列的探究及分析．

（1）點燃酒精燈，數分鐘后發現圖1甲裝置的試管中出現的現象是黑色固體變成紅色固體．乙試管中發生反應的化學
方程式為：Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O．
實驗完畢，應先將導管移離液面，再熄滅酒精燈，其原因防止液體倒流炸裂試管；并用彈簧夾夾緊橡皮管，其原因又是防止氧氣進入試管把銅氧化．
（2）C+2CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑，C將CuO還原成Cu，故C作還原劑．
①先分析，再歸納：反應前后，還原劑化合價的變化規律是升高．
②根據你所得的規律，判斷Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑，還原劑是Zn．
（3）聯想到單質碳的其他化學性質，小組同學認為在該實驗中還可能會有CO產生．
【查閱資料】CO氣體能使濕潤的黃色氯化鈀試紙變藍色
【實驗裝置】如圖2所示
【現象結論】C裝置中濕潤的黃色氯化鈀試紙變藍色，證明同學們判斷正確．
【實驗反思】①考慮到有CO生成，上述實驗裝置有一個不足之處是沒有處理尾氣．
②李洋同學對CO產生的原因進行了分析：
原因一：C+CuO在高溫條件下直接發生反出產生CO；
原因二：反應C+2CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑中的生成物，和反應物又發生了新的反應，產生了CO．
請你從選擇其中一個原因，用化學方程式表示存在此原因的反應原理CuO+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Cu+CO↑，或CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO．
（4）小組同學對A裝置反應后試管內的殘留固體成分作了如下的猜想：
猜想I：只有銅
猜想Ⅱ：除銅外，還含有木炭
猜想Ⅲ：除銅外，還含有氧化銅
猜想Ⅳ：除銅外，還含有木炭和氧化銅
若猜想Ⅱ成立．小組同學想測量該殘留固體中銅的質量分數，他們稱取了10g固體樣品，采用圖示裝置（氣密性良好，圖中鐵架臺等儀器已略去）準備實驗．
（已知：堿石灰是固體氫氧化鈉和生石灰混合物，可用吸收水和CO₂）
【實驗裝置】如圖3所示

【實驗步驟】
a．在A、B、C、D四個裝置中放入相應的物質，并稱量C裝置的質量為20g
b．先連接A、B裝置，打開分液漏斗活塞，慢慢滴加H₂O₂溶液
c．稍后再連接C、D，加熱B裝置
d．當藥品充分反應后，停止加熱，繼續加入H₂O₂溶液
e．關閉分液漏斗活塞，冷卻到室溫，再次稱量C的質量為22.2g
【數據計算】求得原混合物中銅的質量分數為94%．請在如圖4所示框中簡要寫出計算過程．

【問題討論】
①D裝置的作用是防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入C中．
②在實驗步驟b、c中，先連接A、B裝置加入H₂O₂溶液，后連接C、D加熱B裝置的目的是利用氧氣把裝置中的空氣排出，防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳對C裝置產生干擾．
③在實驗步驟d中，停止加熱，繼續加入H₂O₂溶液目的是利用產生的氧氣把反應生成的二氧化碳全部排入C中．
④實驗完成后，教師評議說：按上述實驗設計，即使B裝置中反應完全，C裝置吸收完全，也不會得出正確結果．經討論，有同學提出在A、B之間（填兩個裝置的代號）加入一裝置，就能得到較準確結果，該裝置的作用是吸收水蒸氣，請你判斷原測得結果將偏小 （填“偏大”、“不變”、“偏小”）．

Answer 1

分析 （1）加熱條件下，氧化銅和碳反應生成銅和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁；
為了防止液體倒吸，實驗完畢后，應先將導管移離液面，再熄滅酒精燈；
為了防止高溫條件下銅被空氣中的氧氣氧化，應該用彈簧夾夾緊橡皮管；
（2）單質中元素的化合價為0，化合物中元素化合價代數和為0；
（3）一氧化碳有毒，擴散都空氣中會污染環境；
高溫條件下，氧化銅和碳反應生成銅和一氧化碳，二氧化碳和碳反應生成一氧化碳；
（4）反應過程中，氧化銅和碳可能恰好完全反應，也可能氧化銅或碳過量，也可能氧化銅和碳都沒有完全反應；
碳和氧氣反應生成二氧化碳，根據反應的化學方程式和提供的數據可以進行相關方面的計算；
堿石灰能夠吸收水蒸氣和二氧化碳；
濃硫酸能夠吸收水蒸氣．

解答 解：（1）點燃酒精燈，數分鐘后發現圖1甲裝置的試管中出現的現象是黑色固體變成紅色固體；
乙試管中發生反應的化學方程式為：Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；
實驗完畢，應先將導管移離液面，再熄滅酒精燈，能夠防止液體倒流炸裂試管；
用彈簧夾夾緊橡皮管，能夠防止氧氣進入試管把銅氧化．
故填：黑色固體變成紅色固體； Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；防止液體倒流炸裂試管；防止氧氣進入試管把銅氧化．
（2）①反應前后，還原劑碳的化合價由0變成+4，變化規律是化合價升高．
故填：升高．
②Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑中，鋅的化合價由0變成+2，因此還原劑是Zn．
故填：Zn．
（3）【實驗反思】
①考慮到有CO生成，上述實驗裝置有一個不足之處是沒有處理尾氣．
故填：沒有處理尾氣．
②高溫條件下，氧化銅和碳反應生成銅和一氧化碳，二氧化碳和碳反應生成一氧化碳，反應的化學方程式為：CuO+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Cu+CO↑，CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO．
故填：CuO+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Cu+CO↑，或CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO．
（4）猜想I：只有銅
猜想Ⅱ：除銅外，還含有木炭
猜想Ⅲ：除銅外，還含有氧化銅
猜想Ⅳ：除銅外，還含有木炭和氧化銅
故填：除銅外，還含有氧化銅；除銅外，還含有木炭和氧化銅．
【數據計算】
設碳的質量為x，
反應生成二氧化碳質量為：22.2g-20g=2.2g，
C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂，
12                 44
x                  2.2g
$\frac{12}{x}$=$\frac{44}{2.2g}$，
x=0.6g，
原混合物中銅的質量分數為：$\frac{10g-0.6g}{10g}$×100%=94%，
故填：94%．
【問題討論】
①D裝置的作用是防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入C中．
故填：防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入C中．
②在實驗步驟b、c中，先連接A、B裝置加入H₂O₂溶液，后連接C、D加熱B裝置的目的是利用氧氣把裝置中的空氣排出，防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳對C裝置產生干擾．
故填：利用氧氣把裝置中的空氣排出，防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳對C裝置產生干擾．
③在實驗步驟d中，停止加熱，繼續加入H₂O₂溶液目的是利用產生的氧氣把反應生成的二氧化碳全部排入C中．
故填：利用產生的氧氣把反應生成的二氧化碳全部排入C中．
④實驗完成后，教師評議說：按上述實驗設計，即使B裝置中反應完全，C裝置吸收完全，也不會得出正確結果，原因是生成的氧氣中帶有水蒸氣，經討論，有同學提出在A、B之間加入一裝置，就能得到較準確結果，該裝置的作用是吸收水蒸氣；
因為氧氣中帶有水蒸氣，會導致測定的二氧化碳質量偏大，從而導致計算的銅質量偏小，進一步導致原測得結果偏小．
故填：A、B；吸收水蒸氣；偏小．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．