人教版2024上冊/第六單元碳和碳的氧化物/課題1碳單質的多樣性實驗10碳單質與某些氧化物的反應【實驗目的】1．認識木炭還原氧化銅的實驗原理、裝置、步驟等。2．通過觀看和動手實驗，培養學生發現問題能力和實驗操作能力?！緦嶒瀮x器】試管、酒精燈、金屬網罩、鐵架臺（帶鐵夾）、彈簧夾、橡膠塞、導管、升降臺、火柴【實驗試劑】木炭、氧化銅、澄清石灰水【實驗過程】連接儀器，檢查裝置的氣密性；把剛烘干的木炭粉末和氧化銅粉末混合均勻，小心地鋪放進試管；將試管固定在鐵架臺上，將導管插入澄清石灰水中；打開彈簧夾，用酒精燈加熱混合物幾分鐘；先撤出導管，用彈簧夾夾緊乳膠管，停止加熱，待試管冷卻后再把試管里的粉末倒在紙上。觀察現象?！緦嶒灛F象】大試管中的固體由黑色變為紅色；小試管中的澄清石灰水變渾濁?！緦嶒灲Y論】木炭能夠還原氧化銅生成銅單質和二氧化碳；該實驗說明木炭具有還原性。1.木炭還原氧化銅的實驗木炭還原氧化銅的化學方程式為：C＋2CuO高溫2Cu＋CO2↑，在這個反應中，氧化銅失去氧而變成單質銅。這種含氧化合物里的氧被奪去的反應屬于還原反應?！締栴}討論】將木炭粉末和氧化銅粉末混合均勻的目的是增大木炭和氧化銅的接觸面積，使反應更充分。固定試管時，試管口要略向下傾斜，目的是防止冷凝水倒流，使試管炸裂。在酒精燈上加網罩的目的是使火焰集中并提高溫度。加熱時，要先均勻加熱，再對準試劑集中加熱，防止試管由于受熱不均勻而炸裂。（5）實驗結束時，要先將導管從石灰水中取出，再熄滅酒精燈的原因是防止石灰水倒流入熱的大試管中，使試管炸裂。（6）待試管冷卻后再把試管內的粉末倒在紙上的原因是防止生成的銅被再次氧化。2.碳單質與某些氧化物的反應（1）碳單質與某些氧化物的反應（還原性）可用于冶金工業。如利用焦炭把鐵從它的氧化物礦石里還原出來：3C＋2Fe2O3高溫4Fe＋3CO2↑。（2）高溫條件下，碳單質使二氧化碳轉變成一氧化碳：C+CO2高溫2CO?！镜淅?】碳在一定條件下能與反應：，發生還原反應的物質是A．C B． C． D．【答案】B【解析】在此反應中碳得氧發生了氧化反應，是還原劑；氧化銅失氧發生了還原反應，是氧化劑；故選：B。【典例2】為了復習鞏固金屬氧化物和碳的化學性質，某化學研究小組在老師的帶領下進行了如圖所示的相關性質實驗。下列有關說法錯誤的是A．左側試管中的黑色固體逐漸變紅，說明碳具有還原性B．右側試管中澄清石灰水變渾濁，說明碳具有可燃性C．實驗結束時，應該先關閉止水夾，再熄滅酒精噴燈D．本實驗存在安全隱患，應該增加尾氣處理裝置【答案】B【解析】A、該實驗中，左側試管中的黑色固體逐漸變紅，說明碳和氧化銅在高溫下反應生成銅和二氧化碳，在該反應中，碳得到氧，屬于還原劑，說明碳具有還原性，不符合題意；B、右側試管中澄清石灰水變渾濁，是因為碳和氧化銅在高溫下反應生成二氧化碳，說明碳具有還原性，符合題意；C、實驗結束時，應先關閉止水夾，再熄滅酒精噴燈，防止溫度降低，試管內壓強減小，澄清石灰水倒流，炸裂試管，不符合題意；D、該實驗中，如果碳過量，反應生成的二氧化碳能與碳在高溫下反應生成一氧化碳，一氧化碳有毒，散逸到空氣中，會污染空氣，故應增加尾氣處理裝置，不符合題意。故選B。【典例3】某化學興趣小組同學利用木炭還原氧化銅設計如圖所示實驗。下列有關說法錯誤的是A．金屬網罩的作用是集中火焰并提高溫度B．甲、乙兩處發生的反應均為C．將均勻混合，有利于增大反應物間的接觸面積D．若觀察到乙處黑色粉末變紅，說明甲處產生了【答案】B【解析】A、該實驗中，金屬網罩的作用是：集中火焰，提高溫度，不符合題意；B、該實驗中，甲處反應可能是碳和氧化銅在高溫下反應生成銅和一氧化碳，即，乙處發生反應應為一氧化碳和氧化銅在高溫的條件下反應生成銅和二氧化碳，該反應的化學方程式為：，符合題意；C、將C、CuO均勻混合，可以增大反應物之間的接觸面積，使反應更快更充分，不符合題意；D、一氧化碳能與氧化銅在高溫下反應生成銅和二氧化碳，故若觀察到乙處黑色粉末變紅，說明甲處產生了CO，不符合題意。故選B。1．如圖所示是碳與氧化銅反應的實驗裝置，下列說法錯誤的是A．網罩的作用：集中火焰并提高溫度B．試管b的作用是檢驗有二氧化碳生成C．試管a中黑色粉末變紅，說明碳具有還原性D．反應結束后立即把試管a中的物質倒出來觀察現象【答案】D【解析】A、網罩可以使火焰集中，提高溫度，故選項說法正確；B、碳與氧化銅反應生成銅和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，因此試管b中澄清石灰水用于檢驗二氧化碳的生成，故選項說法正確；C、試管a中黑色粉末變紅，是因為碳能奪走氧化銅中的氧生成了銅，說明碳具有還原性，故選項說法正確；D、反應結束后立即把試管a中的物質倒出來，其中的銅可能在較高溫度下與空氣中的氧氣發生反應生成氧化銅，所以不能反應結束后立即把a中的物質倒出來觀察現象，故選項說法不正確。故選D。2．實驗室將一定量的碳粉和氧化銅粉末混合共熱，剩余固體隨著時間的關系如圖。下列說法不正確的是A．t1時反應剛開始B．生成銅的質量一定為ngC．生成氣體的質量為(m-n)gD．剩余固體中銅元素的質量分數先變大后不變【答案】B【解析】A、由圖可知，t1后固體質量才開始減少，則此時才開始反應，說法正確；B、若碳過量，則剩余固體的質量為銅和碳，則銅的質量小于ng，說法錯誤；C、根據反應前后物質的總質量不變，則生成的氣體的質量為(m-n)g，說法正確；D、根據質量守恒定律，反應前后固體中銅元素的質量不變，但固體質量減小，則剩余固體中銅元素的質量分數先變大后不變，說法正確。故選B。3．如圖是演示碳還原氧化銅實驗的創新實驗裝置。下列有關說法錯誤的是A．實驗前先通氮氣的目的排盡裝置內空氣 B．加熱反應物可觀察到固體由黑色變為紅色C．實驗過程中碳粉奪氧元素發生氧化反應 D．旋開旋塞，滴加澄清石灰水則無渾濁現象【答案】D【解析】A、碳與氧化銅反應生成二氧化碳，二氧化碳與碳反應生成一氧化碳，若裝置內含有空氣，一氧化碳在空氣中加熱容易造成爆炸，故實驗前先通氮氣的目的排盡裝置內空氣，該選項說法正確；B、該實驗中黑色氧化銅被還原成銅，黑色碳轉化成二氧化碳，故可觀察到固體由黑色變為紅色，該選項說法正確；C、物質得到氧的反應叫做氧化反應，碳粉奪走了氧化銅中的氧生成二氧化碳，碳粉繼續奪走二氧化碳中的氧生成一氧化碳，故實驗過程中碳粉發生的氧化反應，該選項說法正確；D、該過程中生成二氧化碳，故旋開旋塞，滴加澄清石灰水，澄清石灰水變渾濁，該選項說法不正確；故選D。4．對比學習法是學習化學的常用方法。已知：木炭與氧化銅，一氧化碳與氧化鐵在一定條件下均能發生反應。實驗裝置如下圖，關于這兩個實驗說法不正確的是A．兩個實驗中反應條件都是高溫B．兩個實驗中澄清石灰水都會變渾濁C．兩個實驗中固體減少的質量都等于生成氣體的質量D．兩個實驗中金屬氧化物都發生了還原反應【答案】C【解析】A、木炭和氧化銅在高溫下反應生成銅和二氧化碳，一氧化碳和氧化鐵在高溫下反應生成鐵和二氧化碳，反應條件都是高溫，不符合題意；B、木炭和氧化銅在高溫下反應生成銅和二氧化碳，一氧化碳和氧化鐵在高溫下反應生成鐵和二氧化碳，都有二氧化碳生成，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，不符合題意；C、木炭和氧化銅反應：，根據質量守恒可知，生成的二氧化碳氣體等于參加反應的碳的質量和氧化銅失去氧的質量和，因為反應物均為固體，固體減少的質量為產生的氣體質量。一氧化碳和氧化鐵反應：，生成二氧化碳的質量等于參加反應的CO和氧化鐵中失去的氧的質量，因此生成二氧化碳的質量比固體減少的質量大，故C錯誤；D、這兩個實驗中，金屬氧化物都失去氧，屬于氧化劑，被還原，發生了還原反應，故D正確。故選C。5．用木炭還原氧化銅的實驗如圖所示：(1)酒精燈加網罩的目的是。(2)剛開始預熱，試管②中立即產生氣泡，但石灰水不變渾濁，原因是。(3)繼續加熱，觀察到試管①中的現象是。(4)請寫出試管①中發生反應的化學方程式是：，該反應中木炭發生了反應(填“氧化”或“還原”)；表示反應停止的現象。(5)該實驗結束后，應先然后再。【答案】(1)集中火焰、提高溫度(2)此時逸出的氣體是試管內的空氣，而非二氧化碳(3)固體由黑色逐漸變紅(4)氧化②試管中導管口沒有氣泡冒出(5)②試管中的導管移出水面熄滅酒精燈【解析】（1）酒精燈火焰加上網罩后火焰會集中，從而提高了火焰的溫度；（2）剛開始加熱時試管內空氣膨脹逸出，此時碳和氧化銅未反應，沒有二氧化碳生成，所以會有氣泡產生，但石灰水不會變渾濁；（3）碳和氧化銅反應能生成銅和二氧化碳，所以試管①中的現象應該是固體由黑色逐漸變紅；（4）碳和氧化銅在高溫下反應生成二氧化碳和銅，化學方程式為：；該反應中木炭得到氧，發生了氧化反應；表示反應停止的現象②試管中導管口沒有氣泡冒出；（5）該實驗結束后，應先將②試管中的導管移出水面，然后再熄滅酒精燈，以防冷水倒吸，炸裂試管。6．某同學在學習木炭和氧化銅反應的知識后，產生了疑問：木炭與氧化銅反應生成的氣體有哪些？同學們帶著疑問進行了下列探究：【提出猜想】(1)猜想一：只有CO2；猜想二：只有CO；猜想三：?！静殚嗁Y料】浸有磷鉬酸溶液的氯化鈀試紙遇二氧化碳無變化，但遇到微量一氧化碳會立即變成藍色。【實驗探究】(2)連接好實驗裝置，并進行實驗，裝置如圖所示：步驟一：實驗前先通一段時間N2；步驟二：點燃酒精噴燈加熱。現象結論如果裝置B中氯化鈀試紙不變色，裝置C中澄清石灰水變渾濁則猜想①成立如果裝置B中氯化鈀試紙變藍，裝置C中則猜想②成立如果裝置B中，裝置C中。則猜想③成立【實驗結論】實驗現象證明猜想③成立，同學們的疑問是合理的?！痉治鏊伎肌?3)同學們對CO產生的原因進行了分析：原因一：木炭和氧化銅在高溫條件下直接發生反應產生CO；原因二：CO可能是碳與CO2在高溫下反應生成，寫出反應的化學方程式為。【實驗反思】(4)該實驗開始前通一會兒N2的目的是：。(5)請從環保的角度分析該實驗裝置的不完善之處：?！敬鸢浮?1)CO2和CO的混合物(2)澄清石灰水不變渾濁氯化鈀試紙變藍澄清石灰水變渾濁(3)CO2+C2CO(4)排盡裝置內的空氣，防止空氣中的氧氣與碳反應，對碳和氧化銅反應產物檢驗的干擾(5)沒有尾氣處理裝置【解析】（1）結合其它猜想可知，氣體也可能為二氧化碳和一氧化碳的混合物。（2）浸有磷鉬酸溶液的氯化鈀試紙遇到微量一氧化碳會立即變成藍色，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，猜想②成立，則澄清石灰水不變渾濁；若猜想③成立，則可觀察到裝置B中氯化鈀試紙變藍，裝置C中澄清石灰水變渾濁。（3）碳和二氧化碳在高溫條件下反應生成一氧化碳，反應的化學方程式為：。（4）空氣中含有氧氣，碳能和氧氣反應，則先通入一段時間氮氣，可除去裝置內的空氣，防止對碳和氧化銅反應產物檢驗的干擾。（5）一氧化碳有毒，會污染空氣，該裝置沒有尾氣處理裝置。7．某班同學取用總質量相同的木炭粉和氧化銅的混合物，按圖示裝置進行實驗。實驗過程中發現有的小組“黑色固體變紅色”這一實驗現象不明顯。小組同學對此異?，F象進行如探究?！静殚嗁Y料】①氧化銅（CuO）為黑色固體。能與稀硫酸反應：。②CO具有可燃性?！局R回憶】(1)碳和氧化銅反應的化學方程式，理論上碳和氧化銅的質量比為（化為最簡整數比）。【作出猜想】產生異?，F象可能與所取用木炭粉和氧化銅的質量比有關。【實驗探究】小組同學用總質量相同但質量比不同的木炭粉和氧化銅的混合物（不考慮其中雜質），分別進行實驗，部分實驗現象記錄如下：實驗序號m（C）：m（CuO）實驗后A處試管中固體顏色C處導管口的現象11:8紅色固體中有少量黑色固體尾氣燃燒21:9紅色固體中有較少量黑色固體尾氣燃燒31:10紅色固體中有很少量黑色固體尾氣不燃燒41:11紅色固體中有極少量黑色固體_______。51:12紅色固體中無黑色固體尾氣不燃燒61:13紅色固體中有較多黑色固體尾氣不燃燒【交流討論】(2)推測實驗4中“C處導管口的現象”是。(3)上述探究可得出，實驗時所用木炭粉和氧化銅的質量比控制在1:10~1:12之間，可觀察到黑色固體明顯變紅，同時還可減少（填化學式）排放，防止空氣污染。(4)檢驗實驗6反應后A處試管中黑色固體物質，可滴加的試劑是，觀察到的現象是?！痉此荚u價】(5)實驗中沒有進行質量比為1:14的實驗，理由是。(6)分析發現，實驗5中m（C）：m（CuO）比值與理論值不符，實驗后卻無黑色固體殘留。請用化學方程式解釋實驗中過量的黑色固體消失的原因：（寫一個即可）。【答案】(1)3:40/(2)尾氣不燃燒(3)CO(4)稀硫酸黑色固體溶解，溶液由無色變為藍色(5)木炭與氧化銅的質量比為1:13時，氧化銅已過量(6)、【解析】（1）碳和氧化銅在高溫條件下生成銅和二氧化碳，故反應的化學方程式為：；由上述方程式可知，碳和氧化銅的質量比=；（2）觀察表格，剛開始木炭過量，生成的二氧化碳和碳在高溫條件下生成一氧化碳，所以尾氣能被點燃。隨著碳粉減少，生成的一氧化碳逐漸減少，到實驗3時，生成的尾氣已不能被點燃，實驗4時碳粉更少，尾氣中的一氧化碳更少，也不能被點燃。故填：尾氣不燃燒；（3）實驗時所用木炭粉和氧化銅的質量比控制在1:10~1:12之間，可觀察到黑色固體明顯變紅，同時還可減少一氧化碳的排放，故填：CO；（4）由題意可知，實驗6反應后A處試管中黑色固體物質是氧化銅，可以用稀硫酸檢驗，故填：稀硫酸；氧化銅和足量稀硫酸反應生成硫酸銅和水，反應現象可填：黑色固體溶解，溶液由無色變為藍色；（5）由表格可知，當碳和氧化銅的質量比為1:13時，紅色固體中有較多黑色固體，說明此時氧化銅已經過量，那么也就沒有必要再進行質量比為1:14的實驗了，故填：木炭與氧化銅的質量比為1:13時，氧化銅已過量；（6）實驗5中碳和氧化銅的質量比為1:12，而理論值為3:40，說明碳是過量的，而實驗后卻無黑色固體殘留，是因為開始時碳與裝置內的空氣在點燃條件反應生成二氧化碳，在實驗過程中產生的二氧化碳與碳在高溫條件下生成一氧化碳，故反應的化學方程式為：、。7．興趣小組同學將80g氧化銅和8.4g的炭粉在隔絕空氣的密閉裝置中持續加強熱，通過傳感器測得裝置內CO2的質量變化如圖所示。下列說法正確的是A．a點炭粉一定完全反應B．時，裝置中氣體只有CO2C．時，裝置中木炭的質量為2.4gD．裝置中CO2的質量減少的原因是高溫下炭粉與二氧化碳反應【答案】D【分析】高溫條件下，氧化銅和碳反應生成銅和二氧化碳，碳與二氧化碳反應生成一氧化碳。設至少需要木炭的質量為x，生成二氧化碳的質量為y，x=6gy=2.2g，設2.2g二氧化碳消耗炭粉的質量為z，z=0.6g，所以反應結束后剩余炭粉的質量=8.4g-6g-0.6g=1.8g，二氧化碳全部轉化為一氧化碳?！窘馕觥緼、由分析可知，a點炭粉剩余的質量=8.4g-6g=2.4g，故說法錯誤；B、由分析可知，時，裝置中氣體只有一氧化碳，故說法錯誤；C、由分析可知，時，裝置中木炭的質量為1.8g，故說法錯誤；D、由分析可知，裝置中CO2的質量減少的原因是高溫下炭粉與二氧化碳反應生成一氧化碳，故說法正確。故選D。8．某小組用W形管探究C還原后的氣體產物。(1)按照配比，混合相應質量的C粉和粉末，并充分混合、研磨。編號粉末①粉末②粉末③C原子與O原子個數比C粉質量質量xg。(2)實驗探究1：步驟1：如圖a，稱取研磨均勻后的粉末①裝入A處，B處放入澄清石灰水，用金屬網罩住酒精燈加熱。一段時間后，A處粉末變成紅色，B處澄清石灰水變渾濁。請寫B處出相關化學方程式。步驟2：分別用粉末②、粉末③重復上述實驗，一段時間后，均出現A處粉末變成紅色，B處澄清石灰水變渾濁。根據上述實驗結果可以得出的實驗探究1的結論是。(3)實驗探究2：探究與C反應能否生成步驟1：如圖形管處放入氧化銅粉末，凹槽處不放置藥品。點燃酒精燈，并對處固體加熱5分鐘，無明顯現象。步驟2：另取W形管，取粉末①裝入處。從另一端放入氧化銅粉末于處，加熱5分鐘，發現處無明顯變化。步驟3：分別用粉末②、粉末③重復上述實驗，加熱5分鐘，發現處變成紅色。實驗探究2中，步驟1的目的是。(4)進一步用儀器測量實驗探究2產生的氣體，得到以下圖像：①請問用粉末③進行實驗時產生的氣體對應曲線為。②從定量角度分析，C還原生成的含量增加的原因可能是?！敬鸢浮?1)10(2)C還原CuO后的氣體產物中含有二氧化碳(3)證明高溫條件下，空氣中的物質不能將氧化銅還原成銅(4)A碳粉過量【解析】（1）由表中數據信息可以看出，碳原子和氧原子的個數比即為碳粉中碳原子個數與氧化銅的粒子個數之比，由此可以求出氧化銅的質量，如粉末①中，碳原子與氧原子個數比為1:2，所以碳原子個數與氧化銅的微粒個數比為1:2，則二者的質量比為:，即氧化銅的質量約是碳粉的質量的13.3倍，所以碳的質量為1g時，氧化銅的質量為13.3g；所以粉末②中碳與氧化銅的質量比為：，即當碳粉質量為1g時，氧化銅的質量為10g，故x的值為10。（2）澄清的石灰水變渾濁，說明有二氧化碳產生，二氧化碳和氫氧化鈣反應生成碳酸鈣沉淀和水，反應的化學方程式為：。小組實驗的目的是用W形管探究C還原CuO后的氣體產物，A處粉末變成紅色說明有銅生成，B處澄清石灰水變渾濁說明有二氧化碳生成，所以可以得出的實驗探究1的結論是：C還原CuO后的氣體產物中含有二氧化碳。（3）步驟1雖然只放了氧化銅，但玻璃管內有空氣，氧化銅沒有發生變化，證明高溫條件下，空氣中的物質不能將氧化銅還原成銅（或氧化銅受熱不分解，合理即可）。（4）碳粉和氧化銅反應的化學方程式及各物質的質量關系如下：，由碳與氧化銅反應的化學方程式可知，當碳粉和氧化銅恰好完全反應時，碳粉和氧化銅的質量比為3:40，結合前面的分析可以得出，當碳粉過量時，過量的碳粉與氧化銅和碳粉反應生成的二氧化碳在高溫的條件下反應生成一氧化碳，由于氧化銅量一定，所以生成的二氧化碳量一定，但當剩余的碳粉量越多，使二氧化碳完全轉化成一氧化碳的可能性就越大，產生的一氧化碳也就越多，結合（1）表中數據可知，碳粉與氧化銅的質量比越大，產生的一氧化碳越多，故答案為：①粉末③進行實驗時產生的氣體對應曲線為A；②碳粉過量（或碳粉與氧化銅的質量比增大，合理即可）9．某學校興趣小組探究碳還原金屬氧化物的反應，請回答下列問題。（一）甲組同學設計了第一組實驗：碳還原氧化鐵（如圖1）（1）儀器a的名稱。（2）試管內發生的化學反應有：3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑、C+CO22CO、（寫出化學方程式）。（3）甲組同學采用對比實驗的方式，研究不同形態的碳和氧化鐵的反應，并用一氧化碳傳感器測得試管內一氧化碳含量如圖2所示。[ppm是濃度單位]通過兩幅圖像的分析，90秒至300秒之間一氧化碳含量變化趨勢明顯不同的主要原因可能是活性炭對CO的比木炭強。（4）圖1裝置中氣球的作用是①、②；與使用普通導管相比，球形導管上的球體部分所起作用是。（二）乙組同學設計了第二組實驗：碳還原氧化銅（如圖3）乙組同學做木炭與氧化銅反應實驗時，發現很難觀察到紫紅色銅的生成，卻往往有暗紅色固體出現。他們決定對這個實驗進行探究和改進。【提出問題】暗紅色的固體是什么？如何選擇合適的條件，使木炭還原氧化銅的實驗現象更明顯？【查閱資料】通常情況下，氧的化合價為-2，碳的化合價為+4或-4，銅的化合價為+1或+2。【猜想與假設】（5）同學們認為這種暗紅色固體可能是一種化合物，并猜測它的化學式為。同學們還認為，通過改變反應物的狀態、質量比，以及反應裝置，可以使該實驗現象更加明顯，減少出現暗紅色固體的情況?！痉治雠c交流】（6）小吳建議用超細炭粉與氧化銅粉末進行實驗，這樣做的優點是。（7）小周建議用圖乙裝置替代甲裝置。與甲相比較，乙裝置中將試管直立放置的作用是有利于集中加熱，獲得持續高溫。（8）對下列三種氧化銅和碳的質量比例，小施建議選擇(填選項序號)的比例。A．32:3

B．40:3

C．48:3【實驗與結論】（9）同學們決定按改進后的方案進行實驗，他們在檢驗了乙裝置的后，往試管中加入已干燥的藥品并開始加熱，當澄清的石灰水變渾濁時，說明生成了（填化學式）。（10）待反應結束后，先將導氣管從石灰水中取出，然后關閉止水夾，讓產物自然冷卻，若不關閉止水夾，可能出現的問題是。（11）待產物冷卻后，同學們終于看到了期待已久的紫紅色物質，實驗獲得了圓滿成功。木炭還原氧化銅生成銅和二氧化碳的反應方程式為?！敬鸢浮浚?）錐形瓶（2）3CO+Fe2O32Fe+3CO2（3）吸附能力（4）緩沖收集尾氣防止倒吸（