Question

1．某化學(xué)興趣小組同學(xué)對(duì)木炭還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一系列的探究及分析．

（1）點(diǎn)燃酒精燈，數(shù)分鐘后發(fā)現(xiàn)圖1甲裝置的試管中出現(xiàn)的現(xiàn)象是黑色固體變成紅色固體．乙試管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)
方程式為：Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O．
實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)先將導(dǎo)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(jìn)入試管把銅氧化．
（2）C+2CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑，C將CuO還原成Cu，故C作還原劑．
①先分析，再歸納：反應(yīng)前后，還原劑化合價(jià)的變化規(guī)律是升高．
②根據(jù)你所得的規(guī)律，判斷Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑，還原劑是Zn．
（3）聯(lián)想到單質(zhì)碳的其他化學(xué)性質(zhì)，小組同學(xué)認(rèn)為在該實(shí)驗(yàn)中還可能會(huì)有CO產(chǎn)生．
【查閱資料】CO氣體能使?jié)駶?rùn)的黃色氯化鈀試紙變藍(lán)色
【實(shí)驗(yàn)裝置】如圖2所示
【現(xiàn)象結(jié)論】C裝置中濕潤(rùn)的黃色氯化鈀試紙變藍(lán)色，證明同學(xué)們判斷正確．
【實(shí)驗(yàn)反思】①考慮到有CO生成，上述實(shí)驗(yàn)裝置有一個(gè)不足之處是沒(méi)有處理尾氣．
②李洋同學(xué)對(duì)CO產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析：
原因一：C+CuO在高溫條件下直接發(fā)生反出產(chǎn)生CO；
原因二：反應(yīng)C+2CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑中的生成物，和反應(yīng)物又發(fā)生了新的反應(yīng)，產(chǎn)生了CO．
請(qǐng)你從選擇其中一個(gè)原因，用化學(xué)方程式表示存在此原因的反應(yīng)原理CuO+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Cu+CO↑，或CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO．
（4）小組同學(xué)對(duì)A裝置反應(yīng)后試管內(nèi)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(xué)想測(cè)量該殘留固體中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，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(tái)等儀器已略去）準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)．
（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(shí)驗(yàn)裝置】如圖3所示

【實(shí)驗(yàn)步驟】
a．在A、B、C、D四個(gè)裝置中放入相應(yīng)的物質(zhì)，并稱量C裝置的質(zhì)量為20g
b．先連接A、B裝置，打開(kāi)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(dāng)藥品充分反應(yīng)后，停止加熱，繼續(xù)加入H₂O₂溶液
e．關(guān)閉分液漏斗活塞，冷卻到室溫，再次稱量C的質(zhì)量為22.2g
【數(shù)據(jù)計(jì)算】求得原混合物中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94%．請(qǐng)?jiān)谌鐖D4所示框中簡(jiǎn)要寫出計(jì)算過(guò)程．

【問(wèn)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(jìn)入C中．
②在實(shí)驗(yàn)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(duì)C裝置產(chǎn)生干擾．
③在實(shí)驗(yàn)步驟d中，停止加熱，繼續(xù)加入H₂O₂溶液目的是利用產(chǎn)生的氧氣把反應(yīng)生成的二氧化碳全部排入C中．
④實(shí)驗(yàn)完成后，教師評(píng)議說(shuō)：按上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即使B裝置中反應(yīng)完全，C裝置吸收完全，也不會(huì)得出正確結(jié)果．經(jīng)討論，有同學(xué)提出在A、B之間（填兩個(gè)裝置的代號(hào)）加入一裝置，就能得到較準(zhǔn)確結(jié)果，該裝置的作用是吸收水蒸氣，請(qǐng)你判斷原測(cè)得結(jié)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(yīng)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(shí)驗(yàn)完畢后，應(yīng)先將導(dǎo)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(yīng)該用彈簧夾夾緊橡皮管；
（2）單質(zhì)中元素的化合價(jià)為0，化合物中元素化合價(jià)代數(shù)和為0；
（3）一氧化碳有毒，擴(kuò)散都空氣中會(huì)污染環(huán)境；
高溫條件下，氧化銅和碳反應(yīng)生成銅和一氧化碳，二氧化碳和碳反應(yīng)生成一氧化碳；
（4）反應(yīng)過(guò)程中，氧化銅和碳可能恰好完全反應(yīng)，也可能氧化銅或碳過(guò)量，也可能氧化銅和碳都沒(méi)有完全反應(yīng)；
碳和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式和提供的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行相關(guān)方面的計(jì)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(diǎn)燃酒精燈，數(shù)分鐘后發(fā)現(xiàn)圖1甲裝置的試管中出現(xiàn)的現(xiàn)象是黑色固體變成紅色固體；
乙試管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；
實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)先將導(dǎo)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(jìn)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(jìn)入試管把銅氧化．
（2）①反應(yīng)前后，還原劑碳的化合價(jià)由0變成+4，變化規(guī)律是化合價(jià)升高．
故填：升高．
②Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑中，鋅的化合價(jià)由0變成+2，因此還原劑是Zn．
故填：Zn．
（3）【實(shí)驗(yàn)反思】
①考慮到有CO生成，上述實(shí)驗(yàn)裝置有一個(gè)不足之處是沒(méi)有處理尾氣．
故填：沒(méi)有處理尾氣．
②高溫條件下，氧化銅和碳反應(yīng)生成銅和一氧化碳，二氧化碳和碳反應(yīng)生成一氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)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\;}}{\;}$2CO．
（4）猜想I：只有銅
猜想Ⅱ：除銅外，還含有木炭
猜想Ⅲ：除銅外，還含有氧化銅
猜想Ⅳ：除銅外，還含有木炭和氧化銅
故填：除銅外，還含有氧化銅；除銅外，還含有木炭和氧化銅．
【數(shù)據(jù)計(jì)算】
設(shè)碳的質(zhì)量為x，
反應(yīng)生成二氧化碳質(zhì)量為：22.2g-20g=2.2g，
C+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{10g-0.6g}{10g}$×100%=94%，
故填：94%．
【問(wèn)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(jìn)入C中．
故填：防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)入C中．
②在實(shí)驗(yàn)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(duì)C裝置產(chǎn)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(duì)C裝置產(chǎn)生干擾．
③在實(shí)驗(yàn)步驟d中，停止加熱，繼續(xù)加入H₂O₂溶液目的是利用產(chǎn)生的氧氣把反應(yīng)生成的二氧化碳全部排入C中．
故填：利用產(chǎn)生的氧氣把反應(yīng)生成的二氧化碳全部排入C中．
④實(shí)驗(yàn)完成后，教師評(píng)議說(shuō)：按上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即使B裝置中反應(yīng)完全，C裝置吸收完全，也不會(huì)得出正確結(jié)果，原因是生成的氧氣中帶有水蒸氣，經(jīng)討論，有同學(xué)提出在A、B之間加入一裝置，就能得到較準(zhǔn)確結(jié)果，該裝置的作用是吸收水蒸氣；
因?yàn)檠鯕庵袔в兴�蒸氣，�?huì)導(dǎo)致測(cè)定的二氧化碳質(zhì)量偏大，從而導(dǎo)致計(jì)算的銅質(zhì)量偏小，進(jìn)一步導(dǎo)致原測(cè)得結(jié)果偏�。�
故填：A、B；吸收水蒸氣；偏�。�

點(diǎn)評(píng) 合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，是得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論的前提，因此要學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，為學(xué)好化學(xué)知識(shí)奠定基礎(chǔ)．