Question

5．有一包粉末，可能由C、CuO、Fe三種物質中的一種或幾種組成．小瑞同學為了探究它的成分，進行了如下實驗：（1）先對實驗做了如下設想與分析：取少量粉末于燒杯中，向燒杯中加入過量的稀硫酸，則實驗中可能出現的現象與對應的結論如下表所示（表中未列完所有情況）．請你完成下表：

燒杯中可能出現的情況	結論
①有黑色不溶物，溶液不變色，無氣泡產生	只含C
②有黑色不溶物，溶液變藍色，無氣泡產生	含C、CuO
③有黑色不溶物，有氣泡逸出，溶液呈淺綠色	含C、Fe

（2）通過實驗分析，確定該粉末為C、CuO的混合物．
（3）為進一步探究C、CuO的性質，她有利用這種混合物補充做了兩個實驗：
實驗1：將此粉末敞口在空氣中灼燒完全，待冷卻到室溫后，取剩余固體于燒杯中，再加入過量稀硫酸，反應完全后，靜置．燒杯中無（填“有”或“無”）不溶物．
實驗2：將此粉末隔絕空氣加熱（若碳完全反應），待冷卻到室溫后，取剩余固體于燒杯中，再加入過量稀硫酸，反應完全后，靜置．請回答：
①燒杯中有（填“有”或“無”）不溶物；
②若靜置后溶液呈藍色，該實驗2的過程中所發生反應的化學方程式為：C+2CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O．

Answer 1

分析 （1）C是不與硫酸反應的黑色固體；CuO可與稀硫酸反應生成硫酸銅和水，反應后的溶液呈藍色；Fe與稀硫酸反應生成硫酸亞鐵同時放出氫氣，反應后溶液呈淺綠色；根據三種物質的性質與反應中的現象，可以判斷粉末的組成；
（2）實驗1：粉末敞口在空氣中灼燒時，粉末中C和CuO變化情況是解決問題的根本．C在高溫灼燒時能和氧氣反應生成氣體二氧化碳，CuO不與氧氣反應也不會分解；CuO能與硫酸反應生成硫酸銅和水，硫酸銅溶液呈藍色；
實驗2：隔絕空氣加強熱，C則與CuO發生反應，把CuO變成Cu；C完全反應后，剩余固體一定含Cu、可能含有未完全反應的CuO；Cu不能與稀硫酸反應，而CuO可與稀硫酸反應生成硫酸銅．

解答 解：（1）如果粉末只含C，由于C不能與稀硫酸反應，向燒杯中加入稀硫酸無明顯現象，因此可觀察到：有黑色不溶物，溶液不變色，無氣泡產生；
如果粉末為C和CuO的混合物，由于C不與稀硫酸反應，所以溶液中應有黑色不溶物；由于CuO可以與稀硫酸反應生成硫酸銅和水，所以溶液會變成藍色，而沒有氣泡產生．因此可觀察到：有黑色不溶物，溶液變藍色，無氣泡產生；
如果觀察到溶液中有黑色不溶物，可說明粉末中含有不與稀硫酸反應的C；有氣泡逸出，則說明粉末含有能與稀硫酸反應放出氫氣的Fe；溶液呈淺綠色而非藍色，說明溶液中不含CuO．由此可判斷粉末含C、Fe；
故答案為：

燒杯中可能出現的現象	結論
①有黑色不溶物，溶液不變色，無氣泡產生
②有黑色不溶物，溶液變藍色，無氣泡產生
	含C、Fe

（2）實驗1：粉末敞口在空氣中灼燒時，粉末中C在高溫灼燒時能和氧氣反應生成氣體二氧化碳，而CuO不與氧氣反應也不會分解；當取剩余固體于燒杯中，再加入過量稀硫酸，固體中的CuO與稀硫酸反應生成硫酸銅和水，反應完全后，黑色固體全部溶解溶液變成藍色；
故答案為：無；
實驗2：隔絕空氣加強熱，C則與CuO發生反應，生成Cu和CO₂，因此，C完全反應后，剩余固體一定含Cu、可能含有未完全反應的CuO；待冷卻到室溫后，取剩余固體于燒杯中，再加入過量稀硫酸，CuO可與稀硫酸反應生成硫酸銅和水使溶液呈藍色，Cu不能與稀硫酸反應而在溶液中出現不溶物；
如果加入過量稀硫酸溶液為無色溶液，則溶液中不含硫酸銅，溶液中溶質為H₂SO₄；
如果溶液呈藍色，說明溶液中含硫酸銅，因此實驗過程中發生的反應為C+2CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑；CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；
故答案為：①有；②C+2CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑；CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O．

點評 常見溶液的顏色：藍色溶液為硫酸銅溶液；亞鐵鹽溶液為淺綠色；+3價鐵鹽的溶液為黃色．