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15. 在浓硫酸的催化作用下,固体草酸($\ce{H_{2}C_{2}O_{4}}$)会受热分解生成碳的氧化物和水。某化学课外兴趣小组对生成物中碳的氧化物的种类进行了如下实验探究。
【提出问题】生成物中含有哪几种碳的氧化物?
【作出猜想】猜想1:只含有$\ce{CO}$ 猜想2:只含有________ 猜想3:含有$\ce{CO}$和$\ce{CO_{2}}$
【设计实验】基于猜想3,依据$\ce{CO}$和$\ce{CO_{2}}$的性质,兴趣小组同学设计了如下实验。
提示:①氢氧化钠溶液可以吸收$\ce{CO_{2}}$;②浓硫酸具有吸水性,可用于干燥某些气体。
【实验探究】
(1)观察到装置________(填序号)中的澄清石灰水变浑浊,证明草酸分解有$\ce{CO_{2}}$生成。
(2)有两种实验现象分别都能证明草酸分解生成的气体中含有$\ce{CO}$。
①装置C中澄清石灰水不变浑浊,装置F中________。
②装置E中出现________的现象。
【实验结论】通过实验探究证明猜想3成立。试写出草酸分解的化学方程式:________。
【问题讨论】
(1)装置D的作用是________。末端酒精灯的作用是________。
(2)对装置E中玻璃管内的产物成分进行探究。
【查阅资料】一氧化碳还原氧化铜,除生成铜之外还可能生成氧化亚铜($\ce{Cu_{2}O}$);$\ce{Cu_{2}O}$为不溶于水的红色固体,能与稀硫酸发生反应:$\ce{Cu_{2}O + H_{2}SO_{4} = CuSO_{4} + Cu + H_{2}O}$;$\ce{Cu}$和稀硫酸不反应。
【提出问题】红色固体中含有什么物质?
【猜想假设】假设1:红色固体中只含有$\ce{Cu}$ 假设2:红色固体中只含有$\ce{Cu_{2}O}$ 假设3:红色固体中含有$\ce{Cu}$和$\ce{Cu_{2}O}$
【实验验证】该小组为验证上述假设,取少量红色固体,加入足量的稀硫酸,观察到溶液变为蓝色,红色固体部分溶解。
【实验结论】根据上述实验结果,可知红色固体中一定含有________。
【数据处理】为进一步确定红色固体的成分,甲、乙同学分别称取各自实验后的一定质量的红色固体,加入足量的稀硫酸使其充分反应,经过滤、洗涤、干燥后,称量剩余红色固体的质量如下表。请完善表中内容。
【提出问题】生成物中含有哪几种碳的氧化物?
【作出猜想】猜想1:只含有$\ce{CO}$ 猜想2:只含有________ 猜想3:含有$\ce{CO}$和$\ce{CO_{2}}$
【设计实验】基于猜想3,依据$\ce{CO}$和$\ce{CO_{2}}$的性质,兴趣小组同学设计了如下实验。
提示:①氢氧化钠溶液可以吸收$\ce{CO_{2}}$;②浓硫酸具有吸水性,可用于干燥某些气体。
【实验探究】
(1)观察到装置________(填序号)中的澄清石灰水变浑浊,证明草酸分解有$\ce{CO_{2}}$生成。
(2)有两种实验现象分别都能证明草酸分解生成的气体中含有$\ce{CO}$。
①装置C中澄清石灰水不变浑浊,装置F中________。
②装置E中出现________的现象。
【实验结论】通过实验探究证明猜想3成立。试写出草酸分解的化学方程式:________。
【问题讨论】
(1)装置D的作用是________。末端酒精灯的作用是________。
(2)对装置E中玻璃管内的产物成分进行探究。
【查阅资料】一氧化碳还原氧化铜,除生成铜之外还可能生成氧化亚铜($\ce{Cu_{2}O}$);$\ce{Cu_{2}O}$为不溶于水的红色固体,能与稀硫酸发生反应:$\ce{Cu_{2}O + H_{2}SO_{4} = CuSO_{4} + Cu + H_{2}O}$;$\ce{Cu}$和稀硫酸不反应。
【提出问题】红色固体中含有什么物质?
【猜想假设】假设1:红色固体中只含有$\ce{Cu}$ 假设2:红色固体中只含有$\ce{Cu_{2}O}$ 假设3:红色固体中含有$\ce{Cu}$和$\ce{Cu_{2}O}$
【实验验证】该小组为验证上述假设,取少量红色固体,加入足量的稀硫酸,观察到溶液变为蓝色,红色固体部分溶解。
【实验结论】根据上述实验结果,可知红色固体中一定含有________。
【数据处理】为进一步确定红色固体的成分,甲、乙同学分别称取各自实验后的一定质量的红色固体,加入足量的稀硫酸使其充分反应,经过滤、洗涤、干燥后,称量剩余红色固体的质量如下表。请完善表中内容。
答案
15. 【作出猜想】$\ce{CO_{2}}$ 【实验探究】(1)A (2)①澄清石灰水变浑浊 ②黑色粉末变为红色 【实验结论】$\ce{H_{2}C_{2}O_{4}}\xlongequal{△}\ce{CO}\uparrow+\ce{H_{2}O}+\ce{CO_{2}}\uparrow$ 【问题讨论】(1)吸收水蒸气 处理尾气,防止污染空气 (2)$\ce{Cu_{2}O}$ ①假设2成立(或红色固体中只含有$\ce{Cu_{2}O}$) ②假设3成立(或红色固体中含有$\ce{Cu}$和$\ce{Cu_{2}O}$)
解析
【分析】
首先，碳的氧化物常见为$\ce{CO}$和$\ce{CO_{2}}$，因此猜想2为只含$\ce{CO_{2}}$；实验中利用澄清石灰水检验$\ce{CO_{2}}$，装置A中澄清石灰水变浑浊可证明草酸分解有$\ce{CO_{2}}$生成；检验$\ce{CO}$需利用其还原性，先除尽原有$\ce{CO_{2}}$（装置C不变浑浊），再通过$\ce{CO}$还原氧化铜的现象（E中黑色粉末变红）及生成$\ce{CO_{2}}$的现象（F中澄清石灰水变浑浊）证明$\ce{CO}$存在；草酸分解生成$\ce{CO}$、$\ce{H_{2}O}$、$\ce{CO_{2}}$，需正确书写配平的化学方程式；装置D中浓硫酸用于干燥气体，末端酒精灯处理有毒的$\ce{CO}$尾气；红色固体加稀硫酸后溶液变蓝且部分溶解，说明含$\ce{Cu_{2}O}$，结合反应关系可判断剩余固体对应的假设。
【解析】
【作出猜想】碳的氧化物有$\ce{CO}$和$\ce{CO_{2}}$，故猜想2为只含有$\ce{CO_{2}}$；
【实验探究】(1) 检验$\ce{CO_{2}}$用澄清石灰水，装置A中澄清石灰水变浑浊，证明草酸分解有$\ce{CO_{2}}$生成；
(2) 证明$\ce{CO}$：①装置C中澄清石灰水不变浑浊（说明原$\ce{CO_{2}}$已被除尽），装置F中澄清石灰水变浑浊（$\ce{CO}$还原$\ce{CuO}$生成$\ce{CO_{2}}$，使F中石灰水变浑浊）；②装置E中$\ce{CO}$还原黑色$\ce{CuO}$生成红色$\ce{Cu}$，故黑色粉末变为红色；
【实验结论】草酸受热分解生成$\ce{CO}$、$\ce{H_{2}O}$、$\ce{CO_{2}}$，化学方程式为$\ce{H_{2}C_{2}O_{4}}\xlongequal{△}\ce{CO}\uparrow+\ce{H_{2}O}+\ce{CO_{2}}\uparrow$；
【问题讨论】(1) 装置D中浓硫酸的作用是吸收气体中的水蒸气，干燥气体；末端酒精灯点燃尾气，处理有毒的$\ce{CO}$，防止污染空气；
(2) 红色固体加足量稀硫酸，溶液变蓝（说明含$\ce{Cu_{2}O}$，因$\ce{Cu_{2}O}$与稀硫酸反应生成蓝色$\ce{CuSO_{4}}$），红色固体部分溶解（说明含不反应的$\ce{Cu}$），故一定含$\ce{Cu_{2}O}$；结合反应关系，若全部为$\ce{Cu_{2}O}$，反应后剩余固体为生成的$\ce{Cu}$，对应假设2成立；若原有$\ce{Cu_{2}O}$和$\ce{Cu}$，剩余固体更多，对应假设3成立。
【答案】
【作出猜想】$\ce{CO_{2}}$；【实验探究】(1)A；(2)①澄清石灰水变浑浊；②黑色粉末变为红色；【实验结论】$\ce{H_{2}C_{2}O_{4}}\xlongequal{△}\ce{CO}\uparrow+\ce{H_{2}O}+\ce{CO_{2}}\uparrow$；【问题讨论】(1)吸收水蒸气；处理尾气，防止污染空气；(2)$\ce{Cu_{2}O}$；假设2成立；假设3成立
【知识点】
碳的氧化物性质；化学方程式书写；实验探究
【点评】
本题围绕草酸分解产物探究，考查碳的氧化物检验、实验装置作用、物质成分判断，需掌握$\ce{CO}$与$\ce{CO_{2}}$的性质差异，以及$\ce{Cu_{2}O}$、$\ce{Cu}$与稀硫酸的反应特性，注重实验逻辑分析。
【难度系数】
0.5
首先，碳的氧化物常见为$\ce{CO}$和$\ce{CO_{2}}$，因此猜想2为只含$\ce{CO_{2}}$；实验中利用澄清石灰水检验$\ce{CO_{2}}$，装置A中澄清石灰水变浑浊可证明草酸分解有$\ce{CO_{2}}$生成；检验$\ce{CO}$需利用其还原性，先除尽原有$\ce{CO_{2}}$（装置C不变浑浊），再通过$\ce{CO}$还原氧化铜的现象（E中黑色粉末变红）及生成$\ce{CO_{2}}$的现象（F中澄清石灰水变浑浊）证明$\ce{CO}$存在；草酸分解生成$\ce{CO}$、$\ce{H_{2}O}$、$\ce{CO_{2}}$，需正确书写配平的化学方程式；装置D中浓硫酸用于干燥气体，末端酒精灯处理有毒的$\ce{CO}$尾气；红色固体加稀硫酸后溶液变蓝且部分溶解，说明含$\ce{Cu_{2}O}$，结合反应关系可判断剩余固体对应的假设。
【解析】
【作出猜想】碳的氧化物有$\ce{CO}$和$\ce{CO_{2}}$，故猜想2为只含有$\ce{CO_{2}}$；
【实验探究】(1) 检验$\ce{CO_{2}}$用澄清石灰水，装置A中澄清石灰水变浑浊，证明草酸分解有$\ce{CO_{2}}$生成；
(2) 证明$\ce{CO}$：①装置C中澄清石灰水不变浑浊（说明原$\ce{CO_{2}}$已被除尽），装置F中澄清石灰水变浑浊（$\ce{CO}$还原$\ce{CuO}$生成$\ce{CO_{2}}$，使F中石灰水变浑浊）；②装置E中$\ce{CO}$还原黑色$\ce{CuO}$生成红色$\ce{Cu}$，故黑色粉末变为红色；
【实验结论】草酸受热分解生成$\ce{CO}$、$\ce{H_{2}O}$、$\ce{CO_{2}}$，化学方程式为$\ce{H_{2}C_{2}O_{4}}\xlongequal{△}\ce{CO}\uparrow+\ce{H_{2}O}+\ce{CO_{2}}\uparrow$；
【问题讨论】(1) 装置D中浓硫酸的作用是吸收气体中的水蒸气，干燥气体；末端酒精灯点燃尾气，处理有毒的$\ce{CO}$，防止污染空气；
(2) 红色固体加足量稀硫酸，溶液变蓝（说明含$\ce{Cu_{2}O}$，因$\ce{Cu_{2}O}$与稀硫酸反应生成蓝色$\ce{CuSO_{4}}$），红色固体部分溶解（说明含不反应的$\ce{Cu}$），故一定含$\ce{Cu_{2}O}$；结合反应关系，若全部为$\ce{Cu_{2}O}$，反应后剩余固体为生成的$\ce{Cu}$，对应假设2成立；若原有$\ce{Cu_{2}O}$和$\ce{Cu}$，剩余固体更多，对应假设3成立。
【答案】
【作出猜想】$\ce{CO_{2}}$；【实验探究】(1)A；(2)①澄清石灰水变浑浊；②黑色粉末变为红色；【实验结论】$\ce{H_{2}C_{2}O_{4}}\xlongequal{△}\ce{CO}\uparrow+\ce{H_{2}O}+\ce{CO_{2}}\uparrow$；【问题讨论】(1)吸收水蒸气；处理尾气，防止污染空气；(2)$\ce{Cu_{2}O}$；假设2成立；假设3成立
【知识点】
碳的氧化物性质；化学方程式书写；实验探究
【点评】
本题围绕草酸分解产物探究，考查碳的氧化物检验、实验装置作用、物质成分判断，需掌握$\ce{CO}$与$\ce{CO_{2}}$的性质差异，以及$\ce{Cu_{2}O}$、$\ce{Cu}$与稀硫酸的反应特性，注重实验逻辑分析。
【难度系数】
0.5
