7 CO 在工业上常用于冶炼金属,某同学欲将$\ce{CO_{2}}$转化为 CO 并还原 CuO,设计了下列实验:
步骤Ⅰ:制备并收集$\ce{CO_{2}}$。取一支试管,将制成糊状的 CuO 用毛笔刷在试管内壁,在试管底部加入少量木炭粉,再用该试管收集$\ce{CO_{2}}$,实验装置如图甲所示。
步骤Ⅱ:用 CO 还原 CuO。将步骤Ⅰ收集满$\ce{CO_{2}}$的试管套上气球,按图乙组装。实验过程中用酒精灯先加热木炭粉,再加热氧化铜,观察实验现象。
根据上述实验装置和操作,回答下列问题:
(1) 写出用图甲中装置 A 制取二氧化碳时发生反应的化学方程式:
$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + CO_{2}\uparrow + H_{2}O}$
。收集$\ce{CO_{2}}$时,若导管不伸入试管底部,则会导致
收集到的二氧化碳不纯
。
(2) 步骤Ⅱ中加热木炭粉时,木炭粉与$\ce{CO_{2}}$反应,该反应属于基本反应类型中的
化合
反应。加热氧化铜时,1 min 左右观察到黑色固体变为红色,此时发生反应的化学方程式为
$\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta}Cu + CO_{2}}$
。
(3) 实验结束后,挤压气球使气体进入试管,然后取下气球,立即在试管口放置点燃的酒精灯,其目的是
点燃没有反应的CO,防止污染空气
。
解析：
【分析】
本题围绕二氧化碳的制备、转化及一氧化碳还原氧化铜的实验展开，需结合实验室制$\ce{CO_{2}}$的反应原理、气体收集方法、反应类型判断、$\ce{CO}$还原$\ce{CuO}$的反应及$\ce{CO}$的毒性处理来解题。
(1) 装置A是实验室制取$\ce{CO_{2}}$的装置，反应物为大理石（$\ce{CaCO_{3}}$）和稀盐酸，据此书写反应方程式；$\ce{CO_{2}}$密度比空气大，收集时导管需伸到试管底部，否则空气无法排尽，导致收集的气体不纯。
(2) 木炭与$\ce{CO_{2}}$反应生成$\ce{CO}$，两种物质生成一种，属于化合反应；$\ce{CO}$还原$\ce{CuO}$需加热，据此书写反应方程式。
(3) 实验后试管内残留有毒的$\ce{CO}$，需点燃处理，防止污染空气。
【解析】
(1) 实验室用大理石（主要成分$\ce{CaCO_{3}}$）和稀盐酸反应制取$\ce{CO_{2}}$，反应的化学方程式为：$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + CO_{2}\uparrow + H_{2}O}$；$\ce{CO_{2}}$密度比空气大，若导管不伸入试管底部，试管内的空气无法完全排出，会导致收集到的二氧化碳不纯。
(2) 木炭粉与$\ce{CO_{2}}$在高温下反应生成$\ce{CO}$，反应为$\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温} 2CO}$，该反应由两种物质生成一种物质，属于化合反应；加热时$\ce{CO}$还原$\ce{CuO}$，反应的化学方程式为：$\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta} Cu + CO_{2}}$。
(3) 实验结束后，试管内残留未反应的$\ce{CO}$，$\ce{CO}$有毒，直接排放会污染空气，因此在试管口放置点燃的酒精灯，目的是点燃没有反应的$\ce{CO}$，防止污染空气。
【答案】
(1) $\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + CO_{2}\uparrow + H_{2}O}$；收集到的二氧化碳不纯
(2) 化合；$\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta}Cu + CO_{2}}$
(3) 点燃没有反应的$\ce{CO}$，防止污染空气
【知识点】
化学方程式书写、反应类型判断、一氧化碳的性质
【点评】
本题考查实验室制取二氧化碳、碳与二氧化碳的反应、一氧化碳还原氧化铜的实验，属于基础实验题，侧重对核心知识点的应用，难度适中。
【难度系数】
0.7
