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12. 根据碳与氧气的反应，回答下列问题。
（1）做“木炭的燃烧”实验时，将点燃的木炭放入燃烧匙，由上而下
（2）碳不充分燃烧的化学方程式为
（3）在温度和体积相同的条件下，气体压强与气体分子数成正比关系。将$a\ \mathrm{g}$碳和$b\ \mathrm{g}$氧气放入一个恒容密闭容器中，在一定条件下恰好完全反应，相同温度下，测得反应前后容器内的气体压强分别为$p_1$、$p_2$。若$p_1 ＜ p_2$，则$\frac{a}{b}$的取值范围是
（1）做“木炭的燃烧”实验时，将点燃的木炭放入燃烧匙，由上而下
缓慢
（选填“缓慢”或“迅速”）伸入盛满氧气的集气瓶中。（2）碳不充分燃烧的化学方程式为
$\ce{2C + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO}$
，该反应的基本类型是化合
反应。（3）在温度和体积相同的条件下，气体压强与气体分子数成正比关系。将$a\ \mathrm{g}$碳和$b\ \mathrm{g}$氧气放入一个恒容密闭容器中，在一定条件下恰好完全反应，相同温度下，测得反应前后容器内的气体压强分别为$p_1$、$p_2$。若$p_1 ＜ p_2$，则$\frac{a}{b}$的取值范围是
$\frac{3}{8}＜\frac{a}{b}≤\frac{3}{4}$
。答案
12.(1)缓慢 (2)$\ce{2C + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO}$ 化合 (3)$\frac{3}{8}＜\frac{a}{b}≤\frac{3}{4}$
解析
【分析】
本题围绕碳与氧气的反应，分三个小问考查实验操作、化学用语及化学定量分析。
（1）木炭燃烧实验中，若迅速伸入集气瓶，木炭燃烧放热会使瓶内氧气受热逸出，导致反应不充分，需缓慢伸入以保证木炭与氧气充分接触。
（2）碳不充分燃烧生成一氧化碳，据此书写化学方程式；根据反应“多变一”的特点判断反应类型。
（3）根据“气体压强与气体分子数成正比”，结合碳与氧气的两种反应（完全燃烧生成CO₂、不完全燃烧生成CO），分析反应前后气体分子数变化，推导质量比范围：完全燃烧时气体分子数不变，压强相等；不完全燃烧时气体分子数增加，压强变大；结合恰好完全反应的条件确定取值范围。
【解析】
（1）做“木炭的燃烧”实验时，将点燃的木炭由上而下缓慢伸入盛满氧气的集气瓶中，防止木炭燃烧放热使瓶内氧气受热逸出，确保反应充分，故填“缓慢”。
（2）碳不充分燃烧生成一氧化碳，化学方程式为$\ce{2C + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO}$；该反应由两种物质生成一种物质，属于化合反应。
（3）碳与氧气反应分两种情况：
①完全燃烧：$\ce{C + O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2}}$，反应前后气体分子数不变，压强相等，此时C与O₂质量比为$\frac{12}{32}=\frac{3}{8}$，即$\frac{a}{b}=\frac{3}{8}$时，$p_1=p_2$；
②不完全燃烧：$\ce{2C + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO}$，反应后气体分子数为反应前的2倍，压强变大，此时C与O₂质量比为$\frac{2×12}{32}=\frac{3}{4}$，即$\frac{a}{b}=\frac{3}{4}$时，$p_2=2p_1$，满足$p_1＜p_2$；
若生成CO和CO₂的混合物，气体分子数介于1和2之间，压强也满足$p_1＜p_2$，对应$\frac{3}{8}＜\frac{a}{b}＜\frac{3}{4}$；
结合恰好完全反应的条件，当$\frac{a}{b}＞\frac{3}{8}$时压强$p_2＞p_1$，且$\frac{a}{b}≤\frac{3}{4}$时碳与氧气恰好完全反应（$\frac{a}{b}＞\frac{3}{4}$时碳过量无法完全反应），故$\frac{a}{b}$的取值范围是$\frac{3}{8}＜\frac{a}{b}≤\frac{3}{4}$。
【答案】
(1)缓慢 (2)$\ce{2C + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO}$；化合 (3)$\frac{3}{8}＜\frac{a}{b}≤\frac{3}{4}$
【知识点】
碳的化学性质；化学方程式书写；根据化学方程式计算
【点评】
本题综合考查碳与氧气反应的实验操作、化学用语及定量分析，需结合实验原理、反应类型和压强与分子数的关系解题，第三问需准确掌握反应的定量关系，整体难度适中。
【难度系数】
0.5
本题围绕碳与氧气的反应，分三个小问考查实验操作、化学用语及化学定量分析。
（1）木炭燃烧实验中，若迅速伸入集气瓶，木炭燃烧放热会使瓶内氧气受热逸出，导致反应不充分，需缓慢伸入以保证木炭与氧气充分接触。
（2）碳不充分燃烧生成一氧化碳，据此书写化学方程式；根据反应“多变一”的特点判断反应类型。
（3）根据“气体压强与气体分子数成正比”，结合碳与氧气的两种反应（完全燃烧生成CO₂、不完全燃烧生成CO），分析反应前后气体分子数变化，推导质量比范围：完全燃烧时气体分子数不变，压强相等；不完全燃烧时气体分子数增加，压强变大；结合恰好完全反应的条件确定取值范围。
【解析】
（1）做“木炭的燃烧”实验时，将点燃的木炭由上而下缓慢伸入盛满氧气的集气瓶中，防止木炭燃烧放热使瓶内氧气受热逸出，确保反应充分，故填“缓慢”。
（2）碳不充分燃烧生成一氧化碳，化学方程式为$\ce{2C + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO}$；该反应由两种物质生成一种物质，属于化合反应。
（3）碳与氧气反应分两种情况：
①完全燃烧：$\ce{C + O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2}}$，反应前后气体分子数不变，压强相等，此时C与O₂质量比为$\frac{12}{32}=\frac{3}{8}$，即$\frac{a}{b}=\frac{3}{8}$时，$p_1=p_2$；
②不完全燃烧：$\ce{2C + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO}$，反应后气体分子数为反应前的2倍，压强变大，此时C与O₂质量比为$\frac{2×12}{32}=\frac{3}{4}$，即$\frac{a}{b}=\frac{3}{4}$时，$p_2=2p_1$，满足$p_1＜p_2$；
若生成CO和CO₂的混合物，气体分子数介于1和2之间，压强也满足$p_1＜p_2$，对应$\frac{3}{8}＜\frac{a}{b}＜\frac{3}{4}$；
结合恰好完全反应的条件，当$\frac{a}{b}＞\frac{3}{8}$时压强$p_2＞p_1$，且$\frac{a}{b}≤\frac{3}{4}$时碳与氧气恰好完全反应（$\frac{a}{b}＞\frac{3}{4}$时碳过量无法完全反应），故$\frac{a}{b}$的取值范围是$\frac{3}{8}＜\frac{a}{b}≤\frac{3}{4}$。
【答案】
(1)缓慢 (2)$\ce{2C + O_{2}\xlongequal{点燃}2CO}$；化合 (3)$\frac{3}{8}＜\frac{a}{b}≤\frac{3}{4}$
【知识点】
碳的化学性质；化学方程式书写；根据化学方程式计算
【点评】
本题综合考查碳与氧气反应的实验操作、化学用语及定量分析，需结合实验原理、反应类型和压强与分子数的关系解题，第三问需准确掌握反应的定量关系，整体难度适中。
【难度系数】
0.5
13. 某化学兴趣小组在实验室里进行木炭还原氧化铜的实验。
【实验1】装置如图1所示
（1）木炭还原氧化铜的化学方程式为________。当木炭与氧化铜的质量比为________（填最简整数比）时，恰好完全反应。
（2）下列有关本实验的说法正确的是________（填序号）。
A. 酒精灯加网罩可以使火焰集中并提高温度
B. 氧化铜发生了还原反应，木炭发生了氧化反应
C. 观察到澄清石灰水变浑浊即可证明氧化铜被还原了
D. 反应后先撤出导管，再熄灭酒精灯，待试管冷却后再把试管中的粉末倒出
【提出问题】实验1中，加热5 min后仅能得到混有少量红色固体的黑色粉末。如何让木炭还原氧化铜时得到更多的铜呢？
【实验2】该小组同学在老师的指导下改进了实验，装置如图2所示，加热2 min后即得到紫红色有金属光泽的块状固体，且无黑色固体剩余。
（3）刚烘干的木炭粉末与氧化铜粉末要在同一个研钵内充分研磨、混合均匀后再放入试管，这样做能使反应更充分，其主要原因是________。
（4）本实验所用的木炭与氧化铜的质量比为1:10，木炭需要略过量才能使氧化铜全部被还原，其主要原因是________。
（5）反应物放入试管后要尽量压实，并将试管竖直进行加热，使其下部完全被外焰包围，受热均匀，获得持续的高温。反应后关闭弹簧夹，让产物自然冷却，这时试管里残余的________就成了保护气。
（6）加了网罩的酒精灯火焰最高温度能达到800 ℃，而铜的熔点是1 083 ℃。本实验获得了经熔化而成珠状或小块状的铜，可以推测木炭还原氧化铜的反应是________热量的。
【实验1】装置如图1所示
（1）木炭还原氧化铜的化学方程式为________。当木炭与氧化铜的质量比为________（填最简整数比）时，恰好完全反应。
（2）下列有关本实验的说法正确的是________（填序号）。
A. 酒精灯加网罩可以使火焰集中并提高温度
B. 氧化铜发生了还原反应，木炭发生了氧化反应
C. 观察到澄清石灰水变浑浊即可证明氧化铜被还原了
D. 反应后先撤出导管，再熄灭酒精灯，待试管冷却后再把试管中的粉末倒出
【提出问题】实验1中，加热5 min后仅能得到混有少量红色固体的黑色粉末。如何让木炭还原氧化铜时得到更多的铜呢？
【实验2】该小组同学在老师的指导下改进了实验，装置如图2所示，加热2 min后即得到紫红色有金属光泽的块状固体，且无黑色固体剩余。
（3）刚烘干的木炭粉末与氧化铜粉末要在同一个研钵内充分研磨、混合均匀后再放入试管，这样做能使反应更充分，其主要原因是________。
（4）本实验所用的木炭与氧化铜的质量比为1:10，木炭需要略过量才能使氧化铜全部被还原，其主要原因是________。
（5）反应物放入试管后要尽量压实，并将试管竖直进行加热，使其下部完全被外焰包围，受热均匀，获得持续的高温。反应后关闭弹簧夹，让产物自然冷却，这时试管里残余的________就成了保护气。
（6）加了网罩的酒精灯火焰最高温度能达到800 ℃，而铜的熔点是1 083 ℃。本实验获得了经熔化而成珠状或小块状的铜，可以推测木炭还原氧化铜的反应是________热量的。
答案
13.(1)$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$ 3:40 (2)ABD (3)增大了反应物之间的接触面积 (4)部分木炭会与空气中的氧气或生成的$\ce{CO_{2}}$反应而被消耗 (5)$\ce{CO_{2}}$ (6)放出
解析
【分析】
本题围绕木炭还原氧化铜的实验展开，需结合反应原理、化学方程式计算、实验操作与现象分析等知识点解题：
（1）先根据反应事实书写化学方程式，再通过相对原子质量计算反应物恰好完全反应时的质量比；
（2）逐一分析选项，结合装置作用、氧化还原概念、实验现象严谨性、安全操作判断正误；
（3）研磨混合反应物的核心作用是增大接触面积，提升反应充分度；
（4）木炭需略过量是因为部分木炭会参与其他反应被消耗；
（5）反应后关闭弹簧夹，生成的气体留在试管中作为保护气；
（6）铜熔化说明反应提供了足够热量，据此判断反应的热量变化。
【解析】
（1）木炭在高温下还原氧化铜生成铜和二氧化碳，化学方程式为$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；计算恰好完全反应的质量比：C的相对原子质量为12，CuO的相对分子质量为$64+16=80$，反应中C与CuO的质量比为$12:(2×80)=3:40$。
（2）选项A：酒精灯加网罩可集中火焰、提高温度，正确；选项B：CuO失氧被还原，C得氧被氧化，正确；选项C：澄清石灰水变浑浊可能是木炭与氧气反应生成的CO₂，无法证明CuO被还原，错误；选项D：先撤导管再灭酒精灯可防止石灰水倒吸炸裂试管，正确，故选ABD。
（3）充分研磨混合反应物，能增大反应物之间的接触面积，使反应更充分。
（4）木炭略过量是因为部分木炭会与空气中的氧气或反应生成的$\ce{CO_{2}}$发生反应而被消耗，需过量保证CuO完全还原。
（5）反应后关闭弹簧夹，冷却时试管内残余的$\ce{CO_{2}}$作为保护气，防止生成的铜被氧化。
（6）铜的熔点为1083℃，实验中铜熔化，说明反应放出热量，提供了使铜熔化所需的热量。
【答案】
(1)$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；3:40 (2)ABD (3)增大了反应物之间的接触面积 (4)部分木炭会与空气中的氧气或生成的$\ce{CO_{2}}$反应而被消耗 (5)$\ce{CO_{2}}$ (6)放出
【知识点】
化学方程式书写、碳的还原性、实验操作原理
【点评】
本题考查木炭还原氧化铜的核心实验，涵盖化学方程式计算、实验操作分析、氧化还原判断等，是初中化学重点实验题型，需熟练掌握实验细节与反应原理。
【难度系数】
0.5
本题围绕木炭还原氧化铜的实验展开，需结合反应原理、化学方程式计算、实验操作与现象分析等知识点解题：
（1）先根据反应事实书写化学方程式，再通过相对原子质量计算反应物恰好完全反应时的质量比；
（2）逐一分析选项，结合装置作用、氧化还原概念、实验现象严谨性、安全操作判断正误；
（3）研磨混合反应物的核心作用是增大接触面积，提升反应充分度；
（4）木炭需略过量是因为部分木炭会参与其他反应被消耗；
（5）反应后关闭弹簧夹，生成的气体留在试管中作为保护气；
（6）铜熔化说明反应提供了足够热量，据此判断反应的热量变化。
【解析】
（1）木炭在高温下还原氧化铜生成铜和二氧化碳，化学方程式为$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；计算恰好完全反应的质量比：C的相对原子质量为12，CuO的相对分子质量为$64+16=80$，反应中C与CuO的质量比为$12:(2×80)=3:40$。
（2）选项A：酒精灯加网罩可集中火焰、提高温度，正确；选项B：CuO失氧被还原，C得氧被氧化，正确；选项C：澄清石灰水变浑浊可能是木炭与氧气反应生成的CO₂，无法证明CuO被还原，错误；选项D：先撤导管再灭酒精灯可防止石灰水倒吸炸裂试管，正确，故选ABD。
（3）充分研磨混合反应物，能增大反应物之间的接触面积，使反应更充分。
（4）木炭略过量是因为部分木炭会与空气中的氧气或反应生成的$\ce{CO_{2}}$发生反应而被消耗，需过量保证CuO完全还原。
（5）反应后关闭弹簧夹，冷却时试管内残余的$\ce{CO_{2}}$作为保护气，防止生成的铜被氧化。
（6）铜的熔点为1083℃，实验中铜熔化，说明反应放出热量，提供了使铜熔化所需的热量。
【答案】
(1)$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；3:40 (2)ABD (3)增大了反应物之间的接触面积 (4)部分木炭会与空气中的氧气或生成的$\ce{CO_{2}}$反应而被消耗 (5)$\ce{CO_{2}}$ (6)放出
【知识点】
化学方程式书写、碳的还原性、实验操作原理
【点评】
本题考查木炭还原氧化铜的核心实验，涵盖化学方程式计算、实验操作分析、氧化还原判断等，是初中化学重点实验题型，需熟练掌握实验细节与反应原理。
【难度系数】
0.5
