实验:还原反应的探究

聚焦初中还原反应实验 1.下面是三套还原氧化铜的实验装置

装置甲与乙的不同点 反应物 角度

①A 敞口，B 密闭

原因(用物质性质说明)

②A 不 ①H2 无毒，CO 有毒 ②A 产物水是液体，倒流会引起试管破裂。 B 产物 CO2 是气体

用尾气处理，B 需要点燃尾气 ③A 试管口略向下倾斜，B 玻璃 管水平

生成物 角度

A产物的检验是滴入盛有无水硫 白色无水硫酸铜遇水变蓝，CO2 使澄清石灰 酸铜的蒸发皿，B产物的检验是 水变浑浊 通入盛有澄清石灰水的锥形瓶

注意：1.用氢气碳一氧化碳还原氧化铜，从环保的角度考虑最好的是氢气，产物生成水。 2、氢气、一氧化碳还原氧化铜是吸热反应；碳还原氧化铜是放热反应。

实验一：氢气还原氧化铜 实验步骤： (l)先向试管中装人氧化铜、固定试管

①试管口应倾斜向下（试管口下倾角度的稍大，实验效果更好）：防止在试管口处冷凝的水流

到试管底部使试管炸裂。

②导气管管口应伸入接近试管底部；目的是排尽试管内的空气。

③试管口不用塞子，如果试管用塞子塞住就无法排出试管内的空气

(2)通人经过验纯的纯净氢气（目的是为了防止加热时混合气体发生爆炸.） (3)点燃酒精灯给试管加热（先预热，再集中在装有氧化铜部位加热，目的是防止试管受热不 均而发生炸裂) (4)实验结束后撤离酒精灯 (5)继续通氢气直到试管冷却(目的是防止高温时生成的铜 被空气中的氧气重新氧化为氧化铜) （6）可能出现的其他问题：氢气中含有酸性物质（如 HCl），氧化铜与氢气中的酸性物质和水 分发生反应，而变成铜离子，无法再被还原为铜单质。

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实验二：一氧化碳还原氧化铜 【现象】① 黑色固体变红 ② 生成能使澄清石灰水变浑浊的气体 实验步骤】 ①连好装置，检验气密性；

②加入药品； ③先缓慢均与的通入一氧化碳，片刻时间后，估计空气已排净（可用试管收集尾端出口的 气体，进行检验，直到无爆鸣声为止）时，点燃导管末端酒精灯 （一氧化碳有毒，注意通风，不能一开始就点燃尾气，那样有可能爆炸）； ④同时开始加热硬质大试管 ⑤熄灭硬质大试管处的酒精灯，继续通一氧化碳直至装置冷却（防止刚生成的热的铜与氧 气反应，使实验失败）； ⑥停止通入一氧化碳；⑦最后熄灭尾端酒精灯

【实验缺陷】一氧化碳用了太大（可以改用反应前后通入氮气：即减少一氧化碳用量，又安全 环保）

实验三：一氧化碳还原氧化铁 实验现象： 固体粉末由红色逐渐变黑；澄清石灰水变浑浊

实验步骤：①连好装置，检验气密性； ②加入药品； ③先缓慢均与的通入一氧化碳，片刻时间后，估计空 气已排净（可用试管收集尾端出口的气体，进行检验， 直到无爆鸣声为止）时，点燃导管末端酒精灯 （一氧化碳有毒，注意通风，不能一开始就点燃尾 气，那样有可能爆炸）； ④同时开始加热硬质大试管（起初小心加热整个试管，然后加大一氧化碳流量，集中强热 样品 5 分钟左右，直到红棕色氧化铁变为黑色铁）； ⑤熄灭酒精喷灯，继续通一氧化碳直至装置冷却（防止刚生成的铁在高温下又与氧气反 应，使实验失败）； ⑥停止通入一氧化碳；⑦最后熄灭尾端酒精灯

【相关资料:】一氧化碳与氧化铁在加热的条件下发生如下反 应:3Fe2O3+CO Fe3O4+CO FeO+CO 2Fe3O4+CO2； 3FeO+CO2； Fe+CO2； 2Fe+3CO2 （注：Fe、FeO、Fe3O4 均为黑色）

总反应式为 Fe2O3+3CO

【实验要点】：①通入 CO 后,若加热时间短,反应不充分,则黑色产物中有大量 “Fe3O4”;加热时间长,反应充分,则黑色产物主要为“铁”。②反应产物如果在空气中

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冷却会被重新氧化成 FeO、Fe3O4、Fe2O3,温度高时重新氧化的最终产物为红色的 Fe2O3。③用“氢气”代替“一氧化碳”做上述实验,产生的实验现象和结论亦相同。 【补充材料】：①不通 CO，单独加热玻璃管里的 Fe2O3 粉末，粉末也会由“红棕”色 逐渐变“黑”。所不同的是，粉末一旦冷却，又会恢复成加热前的红棕色。原因是： 有些无机化合物的颜色随温度的升高颜色变深

②FeO 不稳定，在空气中加热会迅速被氧化成四氧化三铁，隔绝空气加热会歧化为铁单 质和四氧化三铁

【总结】因实验条件不同而有所差异,其固体产物有三种可能:Fe 或 Fe3O4 或它们 的混合物 实验四：.碳还原氧化铜 【实验操作】①连好装置，检验气密性；

②加入药品，固定装置： 把刚烘干的木炭粉末和

氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管； 将试 管固定在铁架台上。试管口装有通入澄清石灰水的 导管； ③ 先预热再集中加热； ④ 过几分钟后，先撤出导气管，再熄灭酒精灯，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在 纸上。观察现象并分析。 【实验现象】澄清的石灰水变浑浊；黑色固体逐渐变成红色。 【化学方程式】C+2CuO 理论分析 ：2C+O2 C + CuO

2CO

2Cu+CO2↑ C+ CO2 CO+CuO 2CO Cu+CO2 2Cu+CO2

Cu + CO↑ Cu2O+CO

【知识拓展】实际可能的反应历程： C+2CuO Cu2O+CO 注：若生成的固体为砖红色，那是氧化亚铜，而并非铜，实验不成功。 实验中，若温度不够高或木炭粉量不足，除有铜生成外，还会生成红色的氧化亚铜。 【总结】1、碳还原氧化铜的反应产物因实验条件不同而有所差异,其固体产物有可能 是 Cu、Cu2O 以及其混合物等,气体产物有可能是 CO、CO2 以及其混合物等， 2、若题目中没有给出资料，则不用考虑 Cu2O，对于剩余固体的成分有三种可 能：只有铜；铜和碳的混合物；铜和氧化铜的混合物。 【碳还原氧化铜的最佳实验条件】①木炭稍过量： 理论计算得出，mc：mcuo 的比值 为 1：13.3 时，两反应物恰好完全反应。但是，由于以下二个因素，a.实验中取用的 是木炭，内中含有一些盐和氧化物等等其它物质;b.要使氧化铜中的铜被充分地还原出

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来，木炭需要稍微过量，实验经验的比值（mc：mcuo）为：1：10～1：10.5，在此 比值范围内，反应的现象最明显。并且，木炭和氧化铜在称量之前，，应进行烘烤， 除去吸附的水份，这样就可以减少反应物取量的误差，也拥有利于反应的发生。②药

品选择：碳粉选择木炭比活性炭好，氧化铜用分析纯。 ③增大反应物的接触面积，使

两者充分反应,增大反应速率：混合物研磨时间为 15min 及以上；④温度控制：用火焰 温度较高且稳定的酒精喷灯加热实验最佳。（注：碳还原氧化铁也可类推）

【例题解析】某同学为了探究木炭还原氧化铜所生成的气体产物是什么，提出了猜 想：a.可能是二氧化碳；b.可能是一氧化碳。并设计如图所示装置进行实验，预期的实 验现象及结论如下： ① 若澄清的石灰水变浑浊，则气体为二氧化碳； ② 若澄清的石灰水不变浑浊，则气体为一氧化碳。 请你回答： （1）该同学的猜想是否严谨？若不严谨，请作补充。

（2）请你对该实验装置予以评价。 ；

答案：（1）不严谨 还可能是二氧化碳和一氧化碳的混合气体 （1 分） （2）该装置的缺陷是：① 若产生的气体中有一氧化碳，则会造成空气污染；②若产生的气 体为二氧化碳和一氧化碳的混合气体，则无法验证

考点连接：1、实验室常用木炭粉还原氧化铜，实验装置如下图所示。查阅资料发现： 实验中，若温度不够高或木炭粉量不足，除有铜生成外，还会生成红色的氧化亚铜。 下列有关该实验的说法正确的是 A．反应后产生的气体一定是 CO2 B. 反应后得到的红色固体一定是 Cu C．实验中一定发生了置换反应 D. 实验结束时应先把导管从澄清石灰水中移出后，再熄灭酒精灯

2、用纯净的木炭粉还原氧化铜粉末时，可能发生如下化学反应：

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C + 2CuO == 2Cu + CO2↑ 题：

高温

C + CuO == Cu + CO↑

高温

某同学设计一个实验，证明氧化铜中含有氧元素，实验装置如图所示。回答下列问

(1)在实验前通入氮气的目的是_________________________________； (2)本实验能证明氧化铜中含有氧元素的证据是____________________， 写出产生该现象的化学方程式________________________________； (3)为了使实验成功，反应物要研细混匀，而且木炭粉与氧化铜的质量比为 ______(填字母)效果较好。选择该质量比的理由是_____________。 A．3∶20 B．1∶12 (4)你认为本实验设计中的不足之处是_____________________________。

3、梧州市某中学化学兴趣小组按照课本实验方法（如图 19 甲），做木炭与氧化铜反 应实验时，发现很难观察到紫红色铜的生成，却往往有暗红色固体出现。他们决定对 这个实验进行探究和改进。

止水夹 C+CuO C+Cu O

澄清的 石灰水

澄清的石灰水

【提出问题】暗红色的固体是什么？如何选择合适的条件，使木炭还原氧化铜的实验 现象更明显？ 【查阅资料】铜有+1 和+2 两种化合价，通常情况下，氧的化合价为-2，碳的化合价 为+4 或-4。 【猜想与假设】 （1）同学们认为这种暗红色固体可能是一种化合物，并猜测它的化学式为 。

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（2）同学们还认为，通过改变反应物的状态、质量比，以及反应装置，可以使该实验 现象更加明显，减少出现暗红色固体的情况。 【分析与交流】 （1）小吴建议用超细炭粉与氧化铜粉末进行实验。你认为这样建议的原理是 置的作用是 A. 32︰3 B. 40︰3 。 (填选项序号)的比例。 。 后，往 （填 C. 48︰3 。 （2）小周建议用图 19 的乙装置替代甲装置。与甲相比较，乙装置中将试管直立放 （3）对下列三种氧化铜和碳的质量比例，小施建议选择 你认为小施这样选择的理由是 【实验与结论】 同学们决定按改进后的方案进行实验，他们在检验了乙装置的 试管中加入已干燥的药品并开始加热，当看到澄清的石灰水刚出现浑浊时， “可以”或“不能”）确定氧化铜和炭粉已经开始反应。 不久，即可看到试管底部变红热，停止加热后，仍能看到红热现象，并沿试管底 部自下而上蔓延，这个现象说明该反应是 若不关闭止水夹，可能出现的问题是 （填“吸”或“放”）热反应。 。 待反应结束，先将导气管从石灰水中取出，然后关闭止水夹，让产物自然冷却。 待产物冷却后，同学们终于找到了期待已久的紫红色铜珠，实验获得了圆满成功。

4、化学兴趣小组的同学为了测定某赤铁矿石中氧化铁的质量分数。 Ⅰ．甲同学取一定质量的赤铁矿粉与过量 的木炭粉混合后，用下图所示装置以合理的 ．． 操作步骤测定(假设杂质始终不发生变化)。

①实验中持续通入干燥的氮气。加热前缓缓通入一段时间，其作用是 ②停止加热前是否需要先断开 a 和 b 的连接处以防止倒吸？为什么？

。

。 ③如果氢氧化钠溶液对二氧化碳的吸收是完全的，那么甲同学用氢氧化钠溶液的质最 变化测定出氧化铁的质量分数将 ( 选填“偏大”、“偏小”或“准确”)，原因 是 。若有误差，则减小误差的改进措施是

答案：1.C 装置

2. （1）排除装置内的空气，防止碳与空气中的氧气反应；（2）澄清石灰水变浑浊 （3）B 控制木炭的质量，促成二氧化碳的生成 （4）没有尾气处理

Ca(OH)2+CO2==CaCO3↓+H2O

3、 Cu2O （Cu4C、Cu2C 等其他合理答案同样给分）

（1）固体反应物间的反应，使用颗粒更小的反应物，可以增加表面积，有利于反应的进行。 6 / 12

（2）有利于集中加热，使反应物受热均匀，获得持续高温。 （3）A 反应中炭粉会与试管内的氧气反应而部分消耗，稍过量的炭粉有利于反应进行。

气密性 不能

放

空气会进入反应的试管中，使生成的依然灼热的铜重新被氧化。

4、①将装置内的空气排尽； ②不需要；熄灭酒精灯后，需继续通入氮气，可防止倒吸 ③偏小；氢氧化钠增重的质量因一氧化碳的生成和气体带走的水蒸气而偏小；在 ab 之 间再连一个盛有氧化铜的两头通的玻璃管和 a 装置同时加热，在 b 后连一个干燥装置和 b 一起称增重

练习：1、在隔绝空气下，用木炭还原氧化铜．下列叙述正确的是（ A．反应前后固体中氧原子的物质的量保持不变 B．反应前后固体减轻的质量等于氧化铜中氧元素的质量 C．反应中消耗的氧化铜与碳的物质的量一定相等 D．反应中铜元素在固体中的质量分数逐渐变大

）

2、小文同学利用下图实验装置测定某赤铁矿石样品中 Fe2O3的质量分数，取 l0g 样品 与足量 CO 充分反应后，测得剩余固体的质量为7.6g，下列说法正确的是 （ ）

A．玻璃管中的固体由黑色逐渐变成红色 C．生成 CO2的质量为2.4g

B．实验中通入 CO 的质量为4.2g

D．铁矿石样品中 Fe2O3的质量分数为80%

3、将符合如图装置设计意图的序号填入括号中．设计意图：①说明 CO 具有还原 性．②既说明 CO 具有可燃性，又充分地利用了能源．③说明 CO 氧化后的产物是 CO2．④有效地防止了有剧毒的 CO 对空气的污染．其中符合的是（ ）

A．只有① B．①②③ C．③和④ D．以上都符合

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4、实验室用氢气还原氧化铜的实验步骤如下：①向试管里通氢气 ②检验氢气纯度 ③ 给盛有氧化铜的试管加热 ④停止加热 ⑤继续通氢气直到试管冷却．正确的操作顺序是 （ ）

A．①②③④⑤ B．②①③④⑤ C．②①③⑤④ D．②③①④⑤

5、一定量的碳与 8.0g 氧化铜混合加热，充分反应（如右图所示），反应前后测定装 置 I、装置Ⅱ的质量记录如下。下列分析正确的是

①I 中减少的质量是氧元素的质量 ②Ⅱ中增加的质量是吸收的二氧化碳的质量 ③反应后 I 中固体成分可能有 3 种情况 ④生成的气体可能是混合物 A．①② B．② C．②④ D．①②③④

1、化学兴趣小组的同学设计了用一氧化碳气体还原氧气铁的实验装置，如图所示， 回答下列问题：

（1）为了避免玻璃管 a 在加热时可能发生爆炸，加热前应 （2）a 管中 Fe2O3 发生反应的化学方程式为 （3）B 装置除了吸收 CO2 气体外，还 发生反应的化学方程式 了 2.4g，则加入 a 管中的氧化铁的质量是 ． g．

． ．写出 B 装置中 NaOH

（4）若 a 管中氧化铁全部还原成铁，冷却后称量铁的质量比反应前氧化铁的质量减少

2、钢铁是重要的金属材料，人类每年要从自然界获取大量的铁矿资源。 (1) 目前世界上已有 50％以上的废钢铁得到回收利用，其目的是__________。 A．节约金属资源 B．合理开采矿物 C．防止钢铁生锈 (2)铁矿石的种类很多，例如磁铁矿（主要成分 Fe3O4）黄铁矿（主要成分 FeS2）及赤

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铁矿（主要成分 Fe2O3）等。一般不选用 (3)工业上高炉炼铁得到的主要产品是 A．纯铁 B．生铁 C．钢

，原因是 ；（填序号）

。

(4)小章同学准备在实验室用下图所示装置模拟工业炼铁．请你据此回答下列问题：

①实验中产生的现象主要有：_____________________、__________________。 ②实验中发生反应的方程式为 ③装置图中澄清石灰水的作用是 ④某同学实验完成后，发现过量的澄清石灰水增重 0．44 g，则该同学通人装置的 CO 气体质量__________(填“大于”、“小于”或“等于”)0．28 g，原因是

3、对于化学反应，我们不但要考虑加入的试剂，还要考虑环境中的其他物质对化学反 应的影响。教材中“木炭还原氧化铜”的实验（见下图）

（1）根据你所学化学知识猜测：试管 A 中除 C、CuO 外，还可能有物质_______（写 化学式，下同）参与反应。除木炭还可以还原氧化铜外，经反应生成的_______也可 以还原氧化铜。写出相应的化学方程式____________________。要排除环境对该反 应的影响，你认为应采取何种措施？_____________________________ （2）请你推测吗，进入试管 B 的气体，除二氧化碳外，还可能有____________ 要想使进入试管 B 中的二氧化碳全部被吸收，应采取什么措施？__________。 4、某化学小组利用下图所示的装置探究木炭粉和氧化铜反应后气体产物的成分。主要 实验步骤如下： Ⅰ.连接装置，并检查装置的气密性。 Ⅱ.称取木炭粉和氧化铜的混合物 12.8g，装 置。

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入质量为 52.3g 的玻璃管中。连接好装

Ⅲ.通一段时间氮气后，夹紧弹簧夹 Ⅳ.加热玻璃管，使反应物充分反应。 Ⅴ.反应结束后仍缓慢通氮气至玻璃管 冷却到室温。 Ⅵ.称得玻璃管和剩余固体的总质量为 64.81g，装置 B 增重 0.22g，装置 C 质量未改变。 已知：在通常情况下，氮气化学性质稳定，不易与其他物质发生化学反应。请回答 下列问题： （1）装置 B 中发生反应的化学方程式为 （2）判断装置 A 中反应结束的依据是 （3）步骤Ⅴ中通入氮气的目的之一是 （4）推测装置 A 中的气体生成物为 （5）该实验所用装置存在的缺陷是 （写化学式），依据是 。 。 。 。 。

5、在实验室中，老师用下面所示的装置进行实验(图中固定试管的仪器已略去)：加热 一段时间后，观察到木炭粉的质量明显减少；氧化铜粉下部出现了一层红亮的铜；澄 清石灰水变浑浊。停止加热并冷却到室温。

(1) 写出硬质大试管中发生的化学反应方程式。 ; ;

(2) B 装置的作用是

；

(3) (3)实验后要从硬质大试管的剩余固体中回收金属铜，写出操作步骤(要求过程中要 用到“湿法冶金”的原理)。

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6、请你参与探究氢气还原氧化铜得到的红色固体的成分，完成下列各题：

已知信息：Ⅰ．氢气还原氧化铜除生成铜外还可能生成氧化亚铜（Cu 2O ）；

Ⅱ．Cu 和Cu 2O 均为不溶于水的红色固体；

ⅢCu 2O+H2SO 4=CuSO4+Cu+H2O

提出问题：红色固体含有什么物质？

① 猜想假设： 假设一：红色固体只含Cu ； 假设二：红色固体只含Cu 2O ；

假设三：请补充完成假设三）． ②实验探究：（填写表中空格

③数据处理：甲同学称取Wg 红色固体加入到足量硫酸溶液中使其充分反应后，

（填操作名称）、洗涤、干燥，称量剩余红色固体质量为mg ，通过计算， 若（选填＞、＜或=），则假设二成立；

若（同上），则假设三成立．

7. 请回忆观察过的“木炭还原氧化铜”的实验，并根据下列教材图示回答问题：

（1）写出木炭还原氧化铜的化学方程式

了进一步探究试管中剩余固体的组成，待试管冷却到室温后，取剩余固体于烧杯中，再加入过量稀硫酸，充分搅拌后过滤：

①若滤纸上留有黑色、红色固体，而滤液为无色，则滤液中的溶质是 ，

说明试管中的剩余固体为

②若滤纸上留有黑色、红色固体，而滤液呈蓝色，此时滤液中的溶质是 ． 说明试管中的剩余固体为 （2）反应一段时间后，为了进一步探究试管中剩余固体的组成，待试管冷却到室温后，为

答案：选择题DDDBB

1.（1）排尽玻璃管内空气防止一氧化碳不纯发生爆炸；

（2）3CO+Fe2O 32Fe+3CO2；（3）收集纯净的一氧化碳气体，防止造成空气污染； CO 2+2NaOH═Na2CO 3+H2O ； （4）8g ；

2. （1）A （2）黄铁矿 污染大， 铁含量低 （3）B （4）①红色固体变黑 澄清石灰石变浑浊

②2CO+Fe2O 32Fe+3CO2 ③检验产物二氧化碳 ④大于 有一部分一氧化碳没参加化学反应

3. （1）氧气；一氧化碳；CO+CuO Cu+CO2 ；将试管中的空气抽出而充入氮气；

（2）N 2；用浓的氢氧化钠溶液来代替澄清石灰水进行实验

4、（1）2NaOH + CO2 = Na2CO3+ H2O ； （2）B 中不在有气泡冒出；

（3）排尽装置中残留的气体； （4）CO 和CO 2 ；A 装置中固体反应前后减少的质量（即为生成气体的质量）大于B 装置中增加的质量（即为二氧化碳的质量）

（5）没有尾气处理装置

点燃△高温 5、⑴ 2C + O2 Cu+CO2 CO 2 + C 2CO

⑵ 防止反应后冷却到室温时，C 装置的溶液倒流 ⑶ 将铜和氧化铜混合物加稍过量稀硫酸，黑色固体全部溶解后，加足量铁粉，过滤， 洗涤， 用磁铁吸出过量的铁粉即可

6、Cu 和Cu 2O 混合物 一 固体部分溶解，溶液由无色变为蓝色 过滤 = ＞

7、（1）C+2CuO高温2Cu+CO2↑；（2）①H2SO 4；；木炭、Cu ；②CuSO4．H 2SO 4 ；Cu 、 CuO