21. (7分)某班同学取用相同总质量的木炭粉和氧化铜的混合物,按右图装置进行实验。实验过程中发现有的小组“黑色固体变红色”这一实验现象不明显。小组同学对此异常现象进行如下探究。
【知识回忆】碳和氧化铜反应的化学方程式为，理论上碳和氧化铜的质量比为。
【作出猜想】产生异常现象可能与所取用木炭粉和氧化铜的质量比有关。

【实验探究】小组同学用总质量相同但质量比不同的木炭粉和氧化铜的混合物(不考虑其中杂质),分别进行实验,部分实验现象记录如下表：

【交流讨论】
(1) 推测实验4中“C处导管口的现象”是。
(2) 由上述探究可得出,实验时所用木炭粉和氧化铜的质量比控制在1:10~1:12之间,可观察到黑色固体明显变红,同时还可减少(填化学式)的排放,防止空气污染。
【反思评价】分析发现,实验5中m(C):m(CuO)的比值与理论值不符,实验后却无黑色固体残留。请用化学方程式解释实验中过量的黑色固体消失的原因：(写一个即可)。

21. 【知识回忆】$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$ 3:40
【交流讨论】(1) 尾气不燃烧 (2) $\ce{CO}$
【反思评价】$\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta}Cu + CO_{2}}$

【分析】
本题围绕碳还原氧化铜的异常实验现象展开探究，解题思路如下：首先回忆碳与氧化铜反应的原理，写出正确的化学方程式并计算反应物的质量比；接着结合实验记录的现象，分析不同质量比对应的实验结果，推断实验4中导管口的现象；再根据反应过程中可能产生的有毒污染物，确定需控制排放的物质；最后分析过量黑色固体消失的原因，结合一氧化碳的还原性写出对应的化学方程式。
【解析】
1. 知识回忆：碳和氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；计算碳与氧化铜的质量比：C的相对原子质量为12，2个CuO的相对分子质量为$2×(64+16)=160$，因此质量比为$12:160=3:40$。
2. 交流讨论（1）：根据实验现象，当木炭粉与氧化铜的质量比为1:9、1:10、1:11时，尾气均燃烧；实验4的质量比为1:12，木炭粉量更少，反应生成的一氧化碳量减少，因此C处导管口的现象是尾气不燃烧。
3. 交流讨论（2）：若木炭粉过量，会与生成的二氧化碳反应生成有毒的一氧化碳，控制质量比在1:10~1:12之间，可减少$\ce{CO}$的排放，防止空气污染。
4. 反思评价：实验5中过量的黑色固体（碳）与反应生成的$\ce{CO_{2}}$在高温下反应生成$\ce{CO}$，$\ce{CO}$具有还原性，可与$\ce{CuO}$在加热条件下反应生成$\ce{Cu}$和$\ce{CO_{2}}$，化学方程式为$\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta}Cu + CO_{2}}$。
【答案】
【知识回忆】$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；$3:40$
【交流讨论】(1) 尾气不燃烧；(2) $\ce{CO}$
【反思评价】$\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta}Cu + CO_{2}}$
【知识点】
碳的还原性、化学方程式的书写与计算、一氧化碳的化学性质
【点评】
本题以碳还原氧化铜的异常实验为探究载体，融合了基础知识点与实验分析能力的考查，既要求学生掌握反应原理、质量比计算等核心内容，又培养了学生基于实验现象推理结论的逻辑思维，是初中化学典型的探究类题目。
【难度系数】
0.6