登录
跟踪训练2 某学校九年级学生学习了木炭还原氧化铜实验后，对反应的产物产生了质疑，认为可能有其他物质产生，于是进行了如下探究。
【查阅资料】
1. 氧化亚铜($\ce{Cu_{2}O}$)为红色固体，能和稀硫酸反应：$\ce{Cu_{2}O + H_{2}SO_{4} = CuSO_{4} + Cu + H_{2}O}$；
2. 氮气不与木炭和氧化铜发生反应；
3. 氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳，浓硫酸能干燥气体。
探究一:探究生成的气体。
【提出问题1】木炭还原氧化铜实验中除了生成二氧化碳气体，还有其他气体产生吗?
【作出猜想】猜想一:小雅认为可能混有氢气。猜想二:小礼认为可能混有一氧化碳。
(1)小西结合自己所学的化学知识很快就否定了小雅的猜想,他的判断依据是
【实验探究】
(2)同学们设计了上图装置,加热A装置前先通一段时间的氮气,目的是
(3)探究实验中是否产生了一氧化碳,证明产生了一氧化碳的实验现象是
【结论】
(4)由实验可得,小礼的猜想是正确的。同学们分析讨论后一致认为有两个原因,一是木炭与氧化铜反应生成铜和一氧化碳,另一个是
探究二:探究固体产物的成分。
【提出问题2】木炭还原氧化铜实验中生成的红色固体除了铜,是否可能有氧化亚铜($\ce{Cu_{2}O}$)的存在?
【实验探究】
取少量红色固体于试管中,加入足量稀硫酸,振荡后观察现象 (5)
【查阅资料】
1. 氧化亚铜($\ce{Cu_{2}O}$)为红色固体，能和稀硫酸反应：$\ce{Cu_{2}O + H_{2}SO_{4} = CuSO_{4} + Cu + H_{2}O}$；
2. 氮气不与木炭和氧化铜发生反应；
3. 氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳，浓硫酸能干燥气体。
探究一:探究生成的气体。
【提出问题1】木炭还原氧化铜实验中除了生成二氧化碳气体，还有其他气体产生吗?
【作出猜想】猜想一:小雅认为可能混有氢气。猜想二:小礼认为可能混有一氧化碳。
(1)小西结合自己所学的化学知识很快就否定了小雅的猜想,他的判断依据是
化学反应前后元素种类不变，反应物木炭和氧化铜中不含氢元素
。【实验探究】
(2)同学们设计了上图装置,加热A装置前先通一段时间的氮气,目的是
排尽装置内的空气，防止空气中的二氧化碳和氧气对实验产生干扰
。(3)探究实验中是否产生了一氧化碳,证明产生了一氧化碳的实验现象是
C中澄清石灰水不变浑浊，E中黑色固体变成红色，F中澄清石灰水变浑浊
。【结论】
(4)由实验可得,小礼的猜想是正确的。同学们分析讨论后一致认为有两个原因,一是木炭与氧化铜反应生成铜和一氧化碳,另一个是
$\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温}2CO}$
（用化学方程式表示）。探究二:探究固体产物的成分。
【提出问题2】木炭还原氧化铜实验中生成的红色固体除了铜,是否可能有氧化亚铜($\ce{Cu_{2}O}$)的存在?
【实验探究】
取少量红色固体于试管中,加入足量稀硫酸,振荡后观察现象 (5)
溶液变为蓝色
含有$\ce{Cu_{2}O}$答案
1. 化学反应前后元素种类不变，反应物木炭和氧化铜中不含氢元素
2. 排尽装置内的空气，防止空气中的二氧化碳和氧气对实验产生干扰
3. C中澄清石灰水不变浑浊，E中黑色固体变成红色，F中澄清石灰水变浑浊
4. $\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温}2CO}$
5. 溶液变为蓝色
解析 (1)根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，反应物木炭和氧化铜中不含氢元素，故不能生成氢气；(2)加热前先通一段时间的氮气是要排尽装置内的空气，防止空气中的二氧化碳对实验产生干扰，同时防止生成的一氧化碳与空气混合在加热时发生爆炸；(3)如果实验中产生一氧化碳，在加热条件下一氧化碳会还原E中的氧化铜，生成红色的铜和二氧化碳，故实验现象为C中澄清石灰水不变浑浊，E中黑色固体变红，F中的澄清石灰水变浑浊；(4)实验中生成的二氧化碳可能又与木炭发生反应生成一氧化碳，故化学方程式为$\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温}2CO}$；(5)在生成的红色固体中加入稀硫酸，如果有氧化亚铜，氧化亚铜会与稀硫酸反应生成蓝色的硫酸铜溶液、铜和水，故现象为溶液变为蓝色。
2. 排尽装置内的空气，防止空气中的二氧化碳和氧气对实验产生干扰
3. C中澄清石灰水不变浑浊，E中黑色固体变成红色，F中澄清石灰水变浑浊
4. $\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温}2CO}$
5. 溶液变为蓝色
解析 (1)根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，反应物木炭和氧化铜中不含氢元素，故不能生成氢气；(2)加热前先通一段时间的氮气是要排尽装置内的空气，防止空气中的二氧化碳对实验产生干扰，同时防止生成的一氧化碳与空气混合在加热时发生爆炸；(3)如果实验中产生一氧化碳，在加热条件下一氧化碳会还原E中的氧化铜，生成红色的铜和二氧化碳，故实验现象为C中澄清石灰水不变浑浊，E中黑色固体变红，F中的澄清石灰水变浑浊；(4)实验中生成的二氧化碳可能又与木炭发生反应生成一氧化碳，故化学方程式为$\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温}2CO}$；(5)在生成的红色固体中加入稀硫酸，如果有氧化亚铜，氧化亚铜会与稀硫酸反应生成蓝色的硫酸铜溶液、铜和水，故现象为溶液变为蓝色。
解析
【分析】
本题围绕木炭还原氧化铜的产物展开探究，分为气体产物和固体产物两部分。解题时需结合质量守恒定律、物质的化学性质分析每个问题：(1)否定氢气需依据化学反应前后元素种类不变，判断反应物是否含氢元素；(2)通氮气的目的是排除装置内空气的干扰，防止影响气体检验和实验安全；(3)检验一氧化碳需利用其还原性及产物二氧化碳的检验，排除原有二氧化碳的干扰；(4)生成一氧化碳的另一原因是二氧化碳与碳的反应；(5)检验氧化亚铜需利用其与稀硫酸反应的特征现象。
【解析】
(1) 根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，反应物为木炭（C）和氧化铜（CuO），不含氢元素，因此不可能生成含氢元素的氢气，故否定小雅的猜想。
(2) 加热前装置内的空气含有二氧化碳、氧气等，会干扰生成气体的检验，且生成的一氧化碳与空气混合加热易爆炸，因此通氮气的目的是排尽装置内的空气，防止空气中的二氧化碳和氧气对实验产生干扰，同时避免爆炸风险。
(3) 一氧化碳具有还原性，加热时能还原氧化铜生成铜和二氧化碳。要证明生成一氧化碳，需先排除原装置内的二氧化碳（C中澄清石灰水不变浑浊），再观察到E中黑色氧化铜变为红色，且反应生成的二氧化碳使F中澄清石灰水变浑浊，对应现象为：C中澄清石灰水不变浑浊，E中黑色固体变成红色，F中澄清石灰水变浑浊。
(4) 木炭还原氧化铜生成的二氧化碳，在高温下会与过量的木炭反应生成一氧化碳，化学方程式为：$\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温}2CO}$。
(5) 氧化亚铜（$\ce{Cu_{2}O}$）能与稀硫酸反应生成蓝色的硫酸铜溶液，因此若观察到溶液变为蓝色，说明固体产物中含有$\ce{Cu_{2}O}$。
【答案】
(1) 化学反应前后元素种类不变，反应物中不含氢元素，不可能生成氢气
(2) 排尽装置内的空气，防止空气中的二氧化碳和氧气对实验产生干扰
(3) C中澄清石灰水不变浑浊，E中黑色固体变成红色，F中澄清石灰水变浑浊
(4) $\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温}2CO}$
(5) 溶液变为蓝色
【知识点】
质量守恒定律、碳的化学性质、酸的化学性质
【点评】
本题通过实验探究木炭还原氧化铜的产物，结合核心化学知识设计问题，考查学生的实验分析与逻辑推理能力，需掌握常见物质的检验方法及实验设计的原理。
【难度系数】
0.6
本题围绕木炭还原氧化铜的产物展开探究，分为气体产物和固体产物两部分。解题时需结合质量守恒定律、物质的化学性质分析每个问题：(1)否定氢气需依据化学反应前后元素种类不变，判断反应物是否含氢元素；(2)通氮气的目的是排除装置内空气的干扰，防止影响气体检验和实验安全；(3)检验一氧化碳需利用其还原性及产物二氧化碳的检验，排除原有二氧化碳的干扰；(4)生成一氧化碳的另一原因是二氧化碳与碳的反应；(5)检验氧化亚铜需利用其与稀硫酸反应的特征现象。
【解析】
(1) 根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，反应物为木炭（C）和氧化铜（CuO），不含氢元素，因此不可能生成含氢元素的氢气，故否定小雅的猜想。
(2) 加热前装置内的空气含有二氧化碳、氧气等，会干扰生成气体的检验，且生成的一氧化碳与空气混合加热易爆炸，因此通氮气的目的是排尽装置内的空气，防止空气中的二氧化碳和氧气对实验产生干扰，同时避免爆炸风险。
(3) 一氧化碳具有还原性，加热时能还原氧化铜生成铜和二氧化碳。要证明生成一氧化碳，需先排除原装置内的二氧化碳（C中澄清石灰水不变浑浊），再观察到E中黑色氧化铜变为红色，且反应生成的二氧化碳使F中澄清石灰水变浑浊，对应现象为：C中澄清石灰水不变浑浊，E中黑色固体变成红色，F中澄清石灰水变浑浊。
(4) 木炭还原氧化铜生成的二氧化碳，在高温下会与过量的木炭反应生成一氧化碳，化学方程式为：$\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温}2CO}$。
(5) 氧化亚铜（$\ce{Cu_{2}O}$）能与稀硫酸反应生成蓝色的硫酸铜溶液，因此若观察到溶液变为蓝色，说明固体产物中含有$\ce{Cu_{2}O}$。
【答案】
(1) 化学反应前后元素种类不变，反应物中不含氢元素，不可能生成氢气
(2) 排尽装置内的空气，防止空气中的二氧化碳和氧气对实验产生干扰
(3) C中澄清石灰水不变浑浊，E中黑色固体变成红色，F中澄清石灰水变浑浊
(4) $\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温}2CO}$
(5) 溶液变为蓝色
【知识点】
质量守恒定律、碳的化学性质、酸的化学性质
【点评】
本题通过实验探究木炭还原氧化铜的产物，结合核心化学知识设计问题，考查学生的实验分析与逻辑推理能力，需掌握常见物质的检验方法及实验设计的原理。
【难度系数】
0.6
