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考点提分训练（八）木炭还原氧化铜
一、选择题
1．木炭还原氧化铜的实验，需要的陶瓷仪器是（ ）
A．研钵 B．蒸发皿
C．点滴板 D．表面皿
2．如图所示是木炭与氧化铜反应的实验装置，下列说法正确的是（ ）
A．网罩的作用是集中火焰，提高温度
B．实验过程中，可观察到红棕色粉末逐渐变黑
C．木炭将氧化铜还原为铜，木炭发生了还原反应
D．反应结束后立即把a中的物质倒出来观察现象
3．某实验小组利用如图装置来进行木炭还原氧化铜的实验。下列有关说法错误的是（ ）
A．酒精灯加网罩是为了集中火焰，提高火焰温度
B．将木炭和氧化铜均匀混合可以使反应充分进行
C．木炭还原氧化铜的反应为C+2CuO2Cu+CO2
D．本实验装置为“微型”装置，可以节约试剂
4．某小组利用如图装置进行创新实验。实验时，先加热炭粉，一段时间后，将酒精灯移至CuO处加热。下列说法正确的是（ ）
A．实验过程中管口略朝下，便于气体导出
B．装置中氧化铜发生反应：
C．气球可以收集尾气，防止污染空气
D．氧化铜与碳没有接触，因此CuO不变色
5．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（如图），下列说法错误的是（ ）
A．试管A中，除C、CuO外，还可能有氧气参与反应
B．除木炭可以还原氧化铜外，经反应生成的一氧化碳不能还原氧化铜
C．要排除环境对该反应的影响，还可以采取抽成真空（或充入氮气等保护气体）等措施
D．进入试管B的气体，除二氧化碳外，还可能有氧气或空气、氮气、一氧化碳
6．按下列图1所示进行木炭还原氧化铜的实验，实验时试管中固体的质量随加热时间的变化如图2所示。下列分析正确的是（ ）
A．M点可观察到红色固体开始变黑
B．M→P的过程中，固体减少的质量等于生成气体的质量
C．N点对应的固体物质只有两种
D．实验结束时应先熄灭酒精灯，再将导管移出水面
二、实验探究题
7．如图是木炭还原氧化铜的实验装置图。
（1）实验前需将木炭研细然后与氧化铜混合均匀，研细木炭需用到的仪器是研钵，将木炭研细的目的是 。
（2）①号试管处现象是 。
（3）加网罩的目的是 。
（4）该反应的化学方程式为 。
（5）试管口略向下倾斜的原因是 。
（6）刚加热时观察到试管②中有气泡产生，但澄清石灰水不变浑浊，产生气泡的微观原因是 ，澄清石灰水不变浑浊的原因是 。
8．还原剂与金属氧化物的反应是中学化学学习中的重要内容。某小组以“木炭还原氧化铜实验”开展项目式学习。
（1）【任务一】初步认识木炭与氧化铜的反应
如图甲，该实验的现象为 。
（2）图甲中酒精灯上网罩的作用是 。
（3）写出该反应的化学方程式 。
（4）【任务二】深入研究木炭与氧化铜的反应
小组同学根据木炭燃烧可能生成CO2也可能生成CO，认为木炭与氧化铜反应生成的气体也有多种可能。利用图乙装置开展研究。
步骤：打开，缓缓通入干燥的氮气一段时间。
步骤：关闭，点燃酒精喷灯和酒精灯，充分反应。
步骤：熄灭酒精喷灯和酒精灯，打开，再通入一段时间氮气。
【方案一】从定性观察角度判断
若中澄清石灰水变浑浊，处的气体被点燃，则木炭与氧化铜反应生成的气体为 。
（5）实验开始前、后通入氮气的原因是 。
（6）【方聚二】从定量计算角度判断
取一定量碳粉和8g氧化铜的混合物进行实验，并测定表格中的四个数据：
反应前的质量 反应后的质量
（玻璃管固体） m1 m2
（广口瓶混合液） m3 m4
若生成的气体为CO2，则理论上（m4-m3） （m1-m2）（填“”、“”或“”）。
9．化学兴趣小组同学利用下列图仪器对木炭还原氧化铜产物进行探究。
【查阅资料】①氧元素通常显-2价，铜元素有+1、+2价，都能组成氧化物；②ppm表示浓度单位。
（1）酒精喷灯的作用 。
（2）木炭还原氧化铜过程中，硬质短试管中可观察的现象是 ；生成的红色固体可能是铜，也可能是一种铜的氧化物 （写化学式） 。
（3）实验前用氦气排尽装置内的空气，目的是为了防止 ，对二氧化碳的检验造成干扰。
（4）平底三颈烧瓶上的气球的作用是 。
（5）实验中测得的气体浓度与反应物质量比之间的关系图如下。
由图可知，氧化铜与木炭的质量比越 （填“大”或者“小”） ，产生的一氧化碳越多。解释一氧化碳产生的原因 。
10．某小组对教材木炭还原氧化铜实验进行探究。
（1）实验一：改进实验装置如图所示，先加热炭粉，一段时间后将酒精灯移至CuO处加热，酒精灯上加网罩的目的是 ；请写出将酒精灯移至CuO处加热发生反应的化学方程式 。
（2）实验二：为探究木炭与氧化铜反应的气体产物有哪些，该小组同学展开如下探究。
【猜想假设】猜想1：CO2；猜想2：CO；猜想3：CO2和CO；
【设计实验】小组同学按下图装置进行实验。实验过程中不断向装置内通入氮气的目的是 ；观察到B处石灰水变浑浊，则有 生成，B2处观察到 现象，则有CO生成。
（3）实验三：数字传感器探究木炭与氧化铜反应的气体产物
实验小组将C和CuO粉末按照不同的质量比置于充满氦气的密闭容器内反应，并用CO2和CO传感器测得各气体的量随时间的变化曲线如下图所示：
①从环保角度考虑，该实验中CuO与C的最佳质量比为 。
②根据理论计算，CuO与C反应既有CO2生成，也有CO生成，则参加反应的CuO与C的质量比n的范围是 。
答案详解
1．A
2．A
【解析】A：网罩可集中火焰，提高温度，利于高温反应进行。B：氧化铜为黑色粉末，反应生成红色铜，应观察到黑色粉末变红，而非“红棕色变黑”。C：木炭作还原剂，发生氧化反应，而非还原反应。D：反应结束后需冷却至室温再倒出物质，防止高温铜被空气中氧气氧化。
3．C
【解析】A：酒精灯加网罩目的是集中火焰、提高温度，正确。B：均匀混合反应物可增大接触面积，使反应更充分，正确。C：木炭还原氧化铜的条件是“高温”，而非“通电”，化学方程式条件错误。D：微型装置使用少量试剂，可节约药品，正确。
4．C
【解析】A：试管口略朝下是为了防止冷凝水倒流引起试管炸裂，而非“便于气体导出”。
B：加热炭粉时，炭粉与空气中氧气反应生成CO ，CO 再与炭粉在高温下生成CO，CO还原氧化铜的反应条件为“加热”，而非“高温”，方程式条件错误。C：气球可收集未反应的CO，防止污染空气，正确。D：炭粉与氧化铜虽未直接接触，但生成的CO可还原氧化铜，故CuO会由黑变红。
5．B
【解析】A.试管A中，除C、CuO外，还可能有空气中的氧气参与反应，选项说法不符合题意。B.除木炭可以还原氧化铜外，经反应生成的一氧化碳能还原氧化铜，选项说法符合题意。C.要排除环境对该反应的影响，还可以采取抽成真空（或充入氮气等保护气体）等措施，选项说法不符合题意。D.进入试管B的气体，除二氧化碳外，还可能有氧气或空气、氮气、一氧化碳，选项说法不符合题意。故答案为：B
6．B
【解析】A：M点开始加热，氧化铜（黑色）被还原为铜（红色），应观察到黑色固体开始变红，而非“红色变黑”。B：根据质量守恒定律，固体减少的质量等于生成CO 的质量，正确。C：N点对应固体可能含未反应的氧化铜、生成的铜及木炭（若木炭过量），可能有三种物质。D：实验结束应先将导管移出水面，再熄灭酒精灯，防止倒吸。
7．（1）增大反应物之间的接触面积，使木炭与氧化铜充分反应
（2）澄清石灰水变浑浊
（3）集中火焰提高温度
（4）C+2CuO2Cu+CO2↑
（5）防止冷凝水倒流，引起试管炸裂
（6）温度升高，分子间隔变大；试管内的空气受热膨胀，排出来的是空气，二氧化碳含量较低
8．（1）左边试管中黑色固体变红色，右边试管中澄清石灰水变浑浊
（2）聚拢火焰提高温度
（3）C+2CuO2Cu+CO2↑
（4）二氧化碳和一氧化碳
（5）排出装置中的空气，开始前防止空气中的物质影响实验结果、实验后把生成的气体全部排出
（6）=
【解析】（1）如图甲，高温条件下氧化铜和碳反应生成铜和二氧化碳，该实验的现象为左边试管中黑色固体变红色，右边试管中澄清石灰水变浑浊；
（2）图甲中酒精灯上网罩的作用是聚拢火焰提高温度；
（3）高温条件下氧化铜和碳反应生成铜和二氧化碳；
（4）若 B中澄清石灰水变浑浊，说明反应生成了二氧化碳，D 处的气体被点燃，说明反应生成了一氧化碳，则木炭与氧化铜反应生成的气体为二氧化碳和一氧化碳；
（5） 实验开始前、后通入氮气的原因是排出装置中的空气，防止空气中的物质影响实验结果、把生成的气体全部排出；
（6）若生成的气体为二氧化碳 ，(m4 m3) 是反应生成二氧化碳的质量，(m1 m2) 也是反应生成二氧化碳的质量，则理论上 (m4 m3) = (m1 m2) 。
9．（1）加热，提供高温
（2）黑色固体变成红色；Cu2O
（3）装置内空气中的氧气与木炭反应
（4）收集一氧化碳，防止污染空气
（5）小；C和CuO反应产生的主要气体产物是二氧化碳，随着反应物中CuO与木炭的质量比逐渐减小，另一种气体产物一氧化碳的含量逐渐增多，产生CO的可能原因是碳和二氧化碳高温生成一氧化碳
【解析】（1）木炭还原氧化铜需要在高温下进行反应，所以酒精喷灯的作用是加热，提供高温。（2）硬质短试管中碳和氧化铜在高温下生成铜和二氧化碳，硬质短试管中可观察的现象是黑色固体变成红色；碳的氧化物是气体，红色固体只能是铜的氧化物，氧化铜是黑色固体，该红色固体可能是氧化亚铜，化学式为Cu2O。（3）碳与氧气反应生成二氧化碳，实验前，用氦气对装置进行排空气处理，避免装置内空气中的氧气与木炭反应，对二氧化碳的含量测定造成影响。（4）实验过程中会产生一氧化碳，一氧化碳是空气污染物，所以气球的作用是收集一氧化碳，防止污染空气。（5）结合图可知，C和CuO反应的主要气体产物是二氧化碳，但随着反应物中CuO与木炭的质量比逐渐减小，另一种气体产物一氧化碳的含量逐渐增多，结合提供的资料和图中数据的变化情况，产生CO的可能原因是碳和二氧化碳高温生成一氧化碳。
10．（1）集中火焰，提高温度；CO+CuOCu+CO2
（2）排尽装置内的空气，防干扰；二氧化碳或CO2；粉末由黑色变红色
（3）；
【解析】(1)碳与二氧化碳的条件是高温，酒精灯火焰温度500度左右，酒精灯上加网罩的目的集中火焰，提高温度，故填集中火焰，提高温度；
碳与二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳，一氧化碳在加热的条件下还原氧化铜生成铜和二氧化碳，故填CO+CuOCu+CO2。
(2)木炭除了会还原氧化铜外还有可能和空气中的氧气反应，故通氮气的目的是排尽装置内的空气，防干扰，故填排尽装置内的空气，防干扰；
石灰水变浑浊，说明由二氧化碳生成，故填二氧化碳；
结论是有CO生成，所以现象是描述一氧化碳还原氧化铜的现象，粉末由黑色变红色，故③填粉末由黑色变红色。
(3)从环保角度考虑，要少产生一氧化碳，故填40:3；
采用极值转换法，全部生成二氧化碳或全部生成一氧化碳
2CuO+C2Cu+CO2↑
160 12
CuO+CCu+CO↑
80 12
故填。
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(八)木炭还原氧化铜
实验深度突破
一、实验原理
化学反应：C+2CuO2Cu+CO2↑
反应类型：置换反应(单质C与化合物CuO反应生成新单质Cu和化合物CO2)。
本质：木炭(C)作为还原剂，夺取CuO中的氧，使CuO被还原为单质Cu；同时C被氧化为CO2。
二、实验步骤
1.实验前准备
药品：木炭粉(黑色)、氧化铜粉末(黑色)、澄清石灰水。
仪器：试管、带导管的橡胶塞、酒精灯(可加网罩提高温度)、铁架台、烧杯。
连接：将试管固定在铁架台上，导管另一端插入盛有澄清石灰水的烧杯中。
2.具体操作
(1)混合药品：按质量比1:10(木炭粉稍过量，防止生成Cu2O)将木炭粉和氧化铜粉末在研钵中混合均匀，装入试管底部。
(2)固定试管：试管口略向下倾斜(防止冷凝水回流炸裂试管)，导管伸入试管约0.5cm(便于气体导出)。
(3)加热：先用酒精灯预热试管，再集中加热药品部位。加网罩可使火焰集中，提高温度至高温条件。
(4)检验气体：观察澄清石灰水是否变浑浊(若变浑浊，证明生成CO2)。
停止加热：反应结束后，先将导管移出石灰水(防止倒吸)，再熄灭酒精灯，待试管冷却后再拆卸装置。
三、实验现象
固体颜色变化：试管内黑色粉末逐渐变为红色(说明有单质Cu生成)：
C+2CuO2Cu+CO2↑
气体生成：澄清石灰水变浑浊(说明有CO2气体生成)：
CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O。
四、实验结论
木炭与氧化铜在高温条件下发生置换反应，生成铜和二氧化碳，证明木炭具有还原性，可用于冶炼金属。
五、实验注意事项
1、药品比例：木炭粉需稍过量，避免生成氧化亚铜(Cu2O，红色固体)。
2、试管倾斜：试管口必须略向下倾斜，防止反应生成的水蒸气冷凝回流导致试管炸裂。
3、防倒吸：实验结束时，需先移导管再灭酒精灯，防止石灰水倒吸进入热试管引发炸裂。
4、加热时长：需持续加热至固体颜色明显变化，确保反应充分进行。
5、安全操作：高温操作时需戴防护手套，避免烫伤。
六、实验改进装置
1.改进目的
提高反应速率，增强实验现象的直观性，简化操作或提高安全性。
2.改进方法
改用酒精喷灯：替代酒精灯，直接提供高温，缩短反应时间。
使用双层试管：外管装木炭粉，内管装氧化铜，通过加热外管使C转化为CO，CO再还原CuO(避免固体混合不均匀的问题)。
尾气处理：若木炭过量，可能生成CO(有毒)，可在导管末端加酒精灯点燃尾气，或用气球收集。
七、实验拓展
还原剂拓展：
除木炭外，氢气(H2)、一氧化碳(CO)也可还原氧化铜，对比三者的异同(如反应条件、产物、安全性等)。
金属冶炼应用：
工业上用焦炭还原铁矿石(如Fe2O3)冶炼铁，反应原理类似：
3CO+Fe2O32Fe+3CO2。
八、误差分析
1、现象不明显：可能因药品混合不均、温度不足或木炭粉量不足导致。
2、石灰水未变浑浊：检查装置气密性，或反应初期排出的空气未含CO2，需等待片刻再观察。
中考命题探秘
一、考情分析
木炭还原氧化铜实验是初中化学的重点实验之一，在中考里频繁出现，与碳的化学性质、金属冶炼、实验基本操作紧密相连，常以这些知识为基础，考查学生对实验的综合理解与运用能力。近几年，中考越来越注重对学生科学探究和实验操作能力的考察，木炭还原氧化铜实验作为典型的化学实验，为考查学生这些能力提供了良好的素材，因此其在中考中的地位愈发重要。
二、考查形式
1.实验原理与方程式书写：要求学生准确书写木炭还原氧化铜的化学方程式，理解氧化还原反应的本质，即碳夺取氧化铜中的氧，使氧化铜被还原为铜，自身被氧化为二氧化碳。
2.实验现象描述：学生需精准描述实验过程中观察到的现象，包括固体颜色的变化（黑色氧化铜逐渐变为红色的铜）、澄清石灰水的变化（变浑浊，证明有二氧化碳生成）。
3.实验装置与操作细节：考查实验装置的选择依据，如试管口略向下倾斜的原因（防止冷凝水倒流炸裂试管）；加热方式（酒精灯加网罩的目的是集中火焰，提高温度）；实验操作步骤的先后顺序及原因，例如实验结束时，先撤出导管，再熄灭酒精灯，以防止石灰水倒吸。
4.实验误差分析与改进：分析实验过程中可能导致误差的因素，如反应物的纯度、反应是否充分等；根据实验目的和现有装置的不足，提出合理的实验改进方案，培养学生的创新思维和实践能力。
5.实验探究与拓展：以木炭还原氧化铜实验为背景，提出探究问题，如探究反应后剩余固体的成分（可能有铜、氧化铜、木炭等）、探究影响反应速率的因素（反应物的接触面积、温度等），让学生设计实验方案，进行实验探究，得出结论。
三、中考所占分值或比例
在各地中考化学试卷中，木炭还原氧化铜实验相关内容所占分值和比例有所差异。一般来说，在满分100分的试卷中，这部分内容分值大概在3-8分，约占总分的3%-8%。在题型分布上，选择题、填空题、实验探究题和计算题中都有可能涉及，其中实验探究题的分值相对较高，通常在4-6分左右。
四、中考预测
1.与实际应用结合更紧密：未来中考可能会将木炭还原氧化铜实验与工业上金属的冶炼、材料的制备等实际生产应用相结合，考查学生运用化学知识解决实际问题的能力。例如，给出工业冶炼金属的实际场景，让学生分析其中涉及的化学反应原理，以及如何优化生产工艺等。
2.强化科学探究与创新能力考查：会更加注重对学生科学探究过程和方法的考查，如提出问题、作出假设、设计实验、收集证据、解释与结论、反思与评价等环节。可能会增加开放性的探究问题，鼓励学生大胆创新，提出独特的实验方案和见解。
3.跨学科融合趋势增强：随着学科融合的发展，中考可能会将化学知识与物理、生物等学科知识相融合，考查学生的综合素养。比如，从能量转化的角度（物理知识）分析木炭还原氧化铜实验中的能量变化，或者探讨该实验在生态环境中的作用（生物知识）。
五、备考建议
1.夯实基础知识：牢固掌握木炭还原氧化铜实验的原理、现象、装置、操作步骤、注意事项等基础知识，通过背诵、默写、做基础练习题等方式加深记忆。
2.重视实验操作：有条件的学校应让学生亲自参与实验操作，在实验过程中仔细观察实验现象，理解实验原理和操作要点。如果无法进行实际操作，也可以通过观看实验视频、模拟实验等方式，增强对实验的感性认识。
3.加强实验探究训练：多做一些实验探究题，学习科学探究的方法和思路，提高分析问题和解决问题的能力。在做题过程中，要认真分析题目中的探究目的、实验方案和实验数据，学会从不同角度思考问题，提出合理的假设和实验方案。
4.构建知识网络：将木炭还原氧化铜实验与碳的化学性质、金属的性质、氧化还原反应等相关知识联系起来，构建完整的知识体系，便于在考试中灵活运用知识。例如，对比碳还原氧化铜和一氧化碳还原氧化铜的实验，找出它们的相同点和不同点。
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