2022年中考化学专题复习热点题型解读木炭还原氧化铜

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木炭还原氧化铜   例1  同学们在学习碳的化学性质之后得知碳燃烧时可能生成二氧化碳，也可能生成一氧化碳，某化学兴趣小组对木炭还原氧化铜可能生成的气体成分进行实验探究。【提出问题】碳与氧化铜反应可能生成什么气体？【提出猜想】猜想①：只生成CO2； 猜想②：____________； 猜想③：既生成CO，又生成CO2。【查阅资料】浸有磷钼酸溶液的氯化钯试纸遇CO2无变化，但遇微量的CO也会立即变成蓝色。【实验验证】小组同学经过思考之后，设计了如图所示的实验装置：步骤一：打开弹簧夹，先通一会儿纯净干燥的氮气；步骤二：关闭弹簧夹，点燃酒精灯对玻璃管加热。步骤三：实验结束后，拆洗装置和仪器。(1)实验开始时，先将氮气通入实验装置一段时间再加热的目的是____________；(2)对A装置的玻璃管集中加热一段时间，玻璃管中黑色粉末逐渐变成红色，B瓶中试纸变蓝，C中澄清石灰水变浑浊。写出C中发生反应的化学方程式____________。【实验结论】(3)通过对实验现象的分析，上述猜想________(填序号)是正确的。【实验反思】(4)请从环保的角度分析，实验装置中存在不完善之处是____________。【拓展应用】实验结束后，同学们发现玻璃管内壁附着的铜用水不易清洗干净，通过查阅资料获得三种能清除铜的方案：Ⅰ.加入浓硫酸并微热：Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2OⅡ.加入浓硝酸与铜反应：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2OⅢ.加入氯化铁溶液：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2(5)为了将试管内壁上附着的铜清洗干净，上述最佳的方案是________(填序号)，理由是____________ (写一种合理的理由即可)。解析  【提出猜想】木炭还原氧化铜生成的气体可能有三种情况：①只生成CO2；②只生成CO；③既生成CO，又生成CO2。【实验验证】(1)实验开始时，先通入氮气的目的是排尽装置内的空气，以防止空气中的二氧化碳和石灰水反应影响实验结果。(2)玻璃管中黑色粉末逐渐变成红色，B瓶中试纸变蓝，说明反应生成了一氧化碳，C中澄清石灰水变浑浊，说明反应生成了二氧化碳，二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，发生反应的化学方程式为Ca(OH)2+CO2═CaCO3↓+H2O。【实验结论】(3)通过对实验现象的分析可知，反应生成了一氧化碳和二氧化碳，上述猜想③是正确的。【实验反思】(4)该实验装置中存在不完善之处是缺少处理尾气的装置，一氧化碳扩散到空气中污染环境。【拓展应用】(5)为了将试管内壁上附着的铜清洗干净，上述最佳的方案是Ⅲ，理由是反应不生成二氧化硫、二氧化氮等有害气体，环保；反应在常温下进行，节能；不选择有强烈腐蚀性的浓酸作反应物，安全等。答案  猜想②：只生成CO(或CO、一氧化碳)  (1)排尽装置内的空气  (2)Ca(OH)2+CO2= CaCO3↓+ H2O  (3)③  (4)缺少处理尾气的装置  (5)Ⅲ  不生成有害气体，环保；反应在常温下进行，节能；不选择有强烈腐蚀性的浓酸作反应物，安全(写一种合理的理由即可)例2  为探究碳还原氧化铜的最佳实验条件，用木炭粉和氧化铜的干燥混合物1~2.5g进行系列实验。【查阅资料】①氧化铜(CuO)为黑色固体。②碳还原氧化铜得到的铜中可能含有少量的氧化亚铜；氧化亚铜为红色固体，能与稀硫酸反应：Cu2O+H2SO4=CuSO4+H2O+Cu。【进行实验】实验1：取质量比1﹕11的木炭粉和氧化铜混合物1.3g，进行实验。序  号1-11-2装  置反应后物质的颜色、状态黑色粉末中混有少量红色固体红色固体有金属光泽，混有极少量黑色物质    实验2：取一定量的混合物，用1-2装置进行实验。序号木炭粉与氧化铜的质量比反应后物质的颜色、状态2-11﹕9红色固体有金属光泽混有少量黑色物质2-21﹕10混有很少量黑色物质2-31﹕11混有极少量黑色物质2-41﹕12无黑色物质2-51﹕13混有较多黑色物质【解释与结论】(1)配平化学方程式： ___C+___CuO___Cu+___CO2↑。(2)实验1-2中，证明产生了CO2的现象是______________。(3)实验1的目的是____________。(4)实验2的结论是___________。【反思与评价】(5)实验2没有进行质量比为1﹕14的实验，理由是____________ 。(6)为检验2-4的红色固体中是否含Cu2O，所需试剂是____________。解析  (1)碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳的化学方程式为 C+2CuO2Cu+CO2↑。(2)二氧化碳与澄清石灰水反应生成不溶于水的白色沉淀碳酸钙，所以试管内澄清石灰水变浑浊可证明有二氧化碳生成。(3)将试管横放和竖放加热，试管内物质的受热面积是不同的，因此实验1探究的是木炭与氧化铜受热面积对其反应产物(生成物)的影响。(4)木炭粉和氧化铜都是黑色，铜是红色。由实验2反应后物质的颜色、状态可以得出，当木炭粉与氧化铜质量比为1﹕12时，恰好完全反应，所以，木炭与氧化铜反应的最佳质量比是1﹕12。(5)当木炭粉与氧化铜质量比为1﹕13时，CuO已过量，则不需要进行质量比为1﹕14的实验。(6)由题目提供的信息可知，木炭与氧化铜反应可能生成少量的氧化亚铜，氧化亚铜也显红色，其能与无色溶液稀硫酸反应生成硫酸铜、水和铜，硫酸铜溶液为蓝色，而铜不与稀硫酸反应，所以稀硫酸能区分铜中是否含有氧化亚铜。答案  (1)1  2  2  1  (2)澄清石灰水变浑浊  (3)探究木炭粉与氧化铜的受热面积对其反应产物的影响  (4)木炭粉与氧化铜质量比为1﹕12时恰好完全反应，因此木炭粉与氧化铜反应的最佳质量比为1﹕12  (5)木炭粉与氧化铜质量比为1﹕13时，氧化铜已过量  (6)稀硫酸例3  如图为木炭还原氧化铜的实验装置。请回答下列问题。(1)试管A中发生反应的化学方程式是____________。(2)酒精灯加网罩的作用是____________。(3)实验中，试管B中发生反应的化学方程式是____________。(4)若要使80g氧化铜完全被还原，试管A中实际加入的碳的质量应_______6g。(选填“＞”“＜”或“=”)解析  (1)在高温条件下，碳能还原氧化铜生成了铜和二氧化碳，所以试管A中发生反应的化学方程式为2CuO+C2Cu+CO2↑。(2)在实验时，给酒精灯加网罩的作用是集中火焰，提高温度。(3)二氧化碳能与氢氧化钙反应生成了碳酸钙和水，所以实验中，试管B中发生反应的化学方程式是CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O。(4)若要使80g氧化铜完全被还原，由于碳能与氧气反应等，试管A中实际加入的碳的质量应大于6g。答案  2.(1)2CuO+C2Cu+CO2↑  (2)集中火焰，提高温度  (3)CO2+Ca(OH)2= CaCO3↓+H2O  (4)＞例4  某兴趣小组在做完碳还原氧化铜实验后，进行了如图所示的探究：【猜想】把氧化铜还原成铜的物质是：I.石墨棒；Ⅱ._________________。[来源:学科网]【实验】用天平称量1.5g氧化铜粉末，直接用铝箔纸包裹。按上述操作步骤实验，黑色粉末_______________，那么猜想Ⅱ不成立。【结论】石墨棒能使氧化铜还原成铜，该反应的化学方程式为_________________。【改进】把石墨棒换成铝粉，重复上述操作，又获成功。那么，称取等量的铝粉并进行同样的操作，其目的是_________________。改进后的实验证明，金属铝与铜活动性顺序是_________________，该反应的化学方程式为__________________________________。【拓展】如果使用复印机的“碳粉”代替石墨棒还原氧化铜，效果更好。联想在空气中灼热的铁丝不能燃烧，而铁粉能燃烧，其原因是_________________。解析  【猜想】氧化铜接触的物质除石墨棒外还有铝箔，故猜想能还原氧化铜的物质有铝箔。【实验】若黑色氧化铜粉末没有变成红色的铜，则说明氧化铜没有被还原，猜想Ⅱ不成立。【结论】碳在加热时与氧化铜反应生成铜和二氧化碳。【改进】称取等量的铝粉，是为了做对比实验，金属活动性顺序为铝＞铜，铝粉在加热或高温条件下可与氧化铜反应生成铜和氧化铝。【拓展】比较铁丝与铁粉，显然不同的是物质的形状，因此反应物间的接触面积也会不同，这可成为影响反应速率的因素。答案  【猜想】铝箔  【实验】不变红  【结论】2CuO+C=======2Cu+CO2↑  【改进】对比实验(或控制变量法)  Al＞Cu(或铝＞铜)  2Al+3CuO=======Al2O3+3Cu【拓展】反应物间的接触面积(或物质形状)影响反应速率(或反应物间的接触面积大反应速率大，或其他合理表述)练习  1.木炭与氧化铜、一氧化碳与氧化铜反应的实验装置分别如图所示：下列说法正确的是(    )A.一氧化碳与氧化铜的反应中A的作用是尾气处理B.木炭、一氧化碳与氧化铜的反应中，都只有碳元素的化合价发生变化C.两个实验中都可以观察到红色固体变黑D.木炭、一氧化碳与氧化铜的反应都属于置换反应2.化学课堂上，老师做了如图一的实验(网罩的作用是集中火焰，提高温度)。    图一                                    图二(1)随着不断加热，试管①里逐渐有红色固体产生，化学方程式为C+2CuO2Cu+ CO2↑，该反应的基本反应类型属于___________。同时试管②里的现象是___________，化学方程式为___________。(2)小明发现通入试管②里的气体有逸出液面的现象，怀疑试管①里还有其它气体生成，比如一氧化碳。老师首先赞扬小明有科学的质疑精神，建议在化学兴趣小组的活动中展开探究。请你也参与其中，一起探究。【提出问题】碳还原氧化铜的反应还有一氧化碳生成吗？【猜想与假设】猜想一：没有一氧化碳生成；猜想二：还有一氧化碳生成【设计方案】在老师的帮助下，小明设计出如图二实验。为了提高实验效果，小明加大了反应物的用量。老师提示：先将两个开关都打开，再加热，反复挤压气球一会儿。老师这样提示的目的是___________。【进行实验】实验操作实验现象实验结论先按老师的提示操作，加热一会儿后，关闭开关2。待充分反应，关闭开关1，停止加热。 逸出液面的气体不是二氧化碳  逸出液面的气体不是一氧化碳。猜想二成立。【交流与提高】同学们通过对以上实验的讨论与分析，认为一氧化碳的产生至少源自两个反应：一是试管内反应物直接反应生成；二是生成物又发生反应而生成。请你写出其中一个化学方程式___________。实验中生成的二氧化碳被氢氧化钠浓溶液吸收没有明显现象，同学们想进一步检验该反应的生成物，可选用的药品有___________(填序号)。①酚酞溶液   ②氢氧化钙溶液   ③稀盐酸   ④锌粒   ⑤氯化钙溶液【评价与反思】经过本次活动，同学们感到，正是因为小明具有___________精神，我们这次活动才有了更多、更新的收获。3.某校化学兴趣小组的同学用如图装置进行木炭还原氧化铜的实验并进行相关探究实验。假定实验产生的二氧化碳全部被澄清石灰水吸收。将试管b中的混浊液过滤、洗涤、干燥、称量，理论上得固体物质2.00g。实验完毕后，发现试管a中仍有黑色固体物质。(1)【提出猜想】李华同学：黑色固体物质是木炭刘明同学：黑色固体物质是氧化铜王军同学：黑色固体物质是木炭和氧化铜的混合物(2)【查阅资料】木炭、铜都不溶于水也不能与稀硫酸发生反应；CuO、Fe2O3等能与稀硫酸反应生成盐和水。(3)【实验设计】①将反应后试管a中的固体物质全部转入小烧杯c中，加入足量稀硫酸，用玻璃棒充分搅拌后，过滤，得到蓝色滤液e和固体物质f。②将f全部转入坩埚中充分灼烧，看到燃烧现象。完全反应后，冷却、称量，理论上得固体物质4.80g。(4)【实验结论】________同学的猜想正确。(5)【结果应用】①根据实验相关数据，写出试管a中反应的化学方程式________________；②请对上述实验装置提出改进意见________________________。(6)【实验拓展】请你设计一个实验方案，证明滤液e中含H+(酸)________________________。答案  1.A  2.(1)置换反应  澄清石灰水变浑浊  CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O(2)【设计方案】【进行实验】【交流与提高】【评价与反思】3.(4)王军  (5)C+2CuO2Cu+CO2↑  将澄清石灰水换成浓度较大的氢氧化钠溶液  (6)取溶液e少许，加入活泼金属锌，有气泡出现，证明滤液e中含有酸