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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】
(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】
(5)
溶液变为蓝色
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】
本题为化学实验探究题，需结合质量守恒定律、物质的性质逐步分析：1. 否定氢气猜想：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，可否定小雅的猜想。2. 通氮气的目的：加热前装置内的空气含二氧化碳、氧气等，会干扰气体产物检验（如空气中的CO₂会使石灰水变浑浊，干扰反应生成CO₂的判断），且氧气与生成的CO混合加热易爆炸，故通氮气排尽装置内空气，排除干扰。3. 检验一氧化碳的思路：需先除尽原气体中的CO₂（C中澄清石灰水不变浑浊，说明原CO₂已除尽）；CO在加热下还原E中黑色CuO生成红色Cu，E中黑色固体变红；生成的CO₂使F中澄清石灰水变浑浊，由此证明有CO。4. 生成CO的另一原因：反应生成的CO₂与过量木炭在高温下反应生成CO。5. 检验氧化亚铜：根据资料，Cu₂O与稀硫酸反应生成蓝色硫酸铜溶液，故加入稀硫酸后溶液变蓝则含Cu₂O。
【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，因此不可能生成氢气，故否定小雅的猜想。
(2) 加热前通一段时间氮气，目的是排尽装置内的空气，防止空气中的二氧化碳干扰气体产物的检验，同时防止生成的一氧化碳与空气混合加热时发生爆炸。
(3) 若产生一氧化碳，需先排除原有二氧化碳的干扰：C中澄清石灰水不变浑浊，说明原气体中的二氧化碳已被除尽；一氧化碳进入E装置，在加热条件下还原黑色氧化铜，使E中黑色固体变为红色；生成的二氧化碳进入F装置，使F中澄清石灰水变浑浊，因此证明产生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。
(4) 木炭还原氧化铜时，生成的二氧化碳可与过量的木炭在高温下反应生成一氧化碳，化学方程式为：$\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温}2CO}$。
(5) 根据资料，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，因此检验固体产物中是否有$\ce{Cu_{2}O}$的实验现象是：溶液变为蓝色。
【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
【知识点】
质量守恒定律、一氧化碳的检验、酸的化学性质
【点评】
本题围绕木炭还原氧化铜的产物展开探究，结合质量守恒定律、物质的检验与转化等核心知识点，考察学生的实验分析与逻辑推理能力，是中考常见的探究类题型，注重对基础知识的灵活运用，需学生掌握实验设计的思路与物质的性质。
【难度系数】
0.5
本题为化学实验探究题，需结合质量守恒定律、物质的性质逐步分析：1. 否定氢气猜想：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，可否定小雅的猜想。2. 通氮气的目的：加热前装置内的空气含二氧化碳、氧气等，会干扰气体产物检验（如空气中的CO₂会使石灰水变浑浊，干扰反应生成CO₂的判断），且氧气与生成的CO混合加热易爆炸，故通氮气排尽装置内空气，排除干扰。3. 检验一氧化碳的思路：需先除尽原气体中的CO₂（C中澄清石灰水不变浑浊，说明原CO₂已除尽）；CO在加热下还原E中黑色CuO生成红色Cu，E中黑色固体变红；生成的CO₂使F中澄清石灰水变浑浊，由此证明有CO。4. 生成CO的另一原因：反应生成的CO₂与过量木炭在高温下反应生成CO。5. 检验氧化亚铜：根据资料，Cu₂O与稀硫酸反应生成蓝色硫酸铜溶液，故加入稀硫酸后溶液变蓝则含Cu₂O。
【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，因此不可能生成氢气，故否定小雅的猜想。
(2) 加热前通一段时间氮气，目的是排尽装置内的空气，防止空气中的二氧化碳干扰气体产物的检验，同时防止生成的一氧化碳与空气混合加热时发生爆炸。
(3) 若产生一氧化碳，需先排除原有二氧化碳的干扰：C中澄清石灰水不变浑浊，说明原气体中的二氧化碳已被除尽；一氧化碳进入E装置，在加热条件下还原黑色氧化铜，使E中黑色固体变为红色；生成的二氧化碳进入F装置，使F中澄清石灰水变浑浊，因此证明产生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。
(4) 木炭还原氧化铜时，生成的二氧化碳可与过量的木炭在高温下反应生成一氧化碳，化学方程式为：$\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温}2CO}$。
(5) 根据资料，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，因此检验固体产物中是否有$\ce{Cu_{2}O}$的实验现象是：溶液变为蓝色。
【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
【知识点】
质量守恒定律、一氧化碳的检验、酸的化学性质
【点评】
本题围绕木炭还原氧化铜的产物展开探究，结合质量守恒定律、物质的检验与转化等核心知识点，考察学生的实验分析与逻辑推理能力，是中考常见的探究类题型，注重对基础知识的灵活运用，需学生掌握实验设计的思路与物质的性质。
【难度系数】
0.5
