22（16分）实验室开放日，化学兴趣小组的同学在老师的指导下，对碳与氧化铜反应生成的气体产物进行如下实验探究。
【查阅资料】
① 通常情况下氧元素显-2价，铜元素有+1、+2两种化合价。
② 碳在高温下不仅能跟金属氧化物反应，还能与二氧化碳反应。
【实验一】探究是否有$\ce{CO_{2}}$生成。
装置如图甲所示，取烘干后的$\ce{C}$和$\ce{CuO}$粉末混合均匀平铺在硬质试管$\mathrm{a}$底部，用酒精喷灯加热一段时间，发现硬质试管$\mathrm{a}$中有暗红色固体出现，试管$\mathrm{b}$中足量的澄清石灰水变浑浊且有气泡不断冒出。
（1）结合以上实验现象，推断试管$\mathrm{a}$中发生反应的化学方程式为
$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$
。
（2）有同学猜测暗红色固体还可能是一种氧化物，并猜测它的化学式是
$\ce{Cu_{2}O}$
。
（3）针对上述实验中“有气泡不断冒出”的发现，有同学提出该实验还可能产生$\ce{CO}$气体，猜测的依据是
碳在高温下不仅能跟金属氧化物反应，还能与二氧化碳反应
。
【实验二】探究是否有$\ce{CO}$生成。
装置如图乙所示，用试管进行反应，用平底三颈烧瓶收集试管中反应产生的气体。三颈烧瓶一端口径连接双孔橡胶塞（配细而短的导气管并套上气球），同时用无线$\ce{CO}$、$\ce{CO_{2}}$传感器，分别采集不同质量比的反应物反应生成的$\ce{CO}$和$\ce{CO_{2}}$的含量变化数据（如图丙、丁）。
（4）实验前，用氦气对装置进行排空气处理，以避免装置内空气中的
氧气
与木炭反应，对本实验气体的含量测定造成影响。
（5）对变化曲线进行数据分析，得出结论：
① $\ce{C}$和$\ce{CuO}$反应的主要气体产物是
二氧化碳
，随着反应物中$\ce{CuO}$占比逐渐增多，另一种气体产物的含量逐渐
减少
（填“增多”或“减少”）。
② 结合提供的资料和图丙、丁数据的变化情况，解释产生$\ce{CO}$的可能原因：
二氧化碳和碳在高温条件下反应生成一氧化碳
。
【反思与评价】（6）对比实验二，请从环保的角度分析实验一装置的不足之处：
没有尾气处理装置
。
解析：
【分析】
本题围绕碳与氧化铜反应的气体产物探究展开，需结合实验现象、查阅资料及实验数据逐一分析各问题：
1. （1）根据澄清石灰水变浑浊，可知生成$\ce{CO_{2}}$，结合碳还原氧化铜的反应规律书写方程式；
2. （2）铜的氧化物有$\ce{CuO}$（黑色）和$\ce{Cu_{2}O}$（红色），据此判断暗红色氧化物；
3. （3）依据资料中“碳高温下能与二氧化碳反应”，推测$\ce{CO}$的来源；
4. （4）空气中的氧气会与木炭反应，排空气可避免其干扰气体测定；
5. （5）结合传感器数据判断主要产物，再根据资料分析$\ce{CO}$的生成原因；
6. （6）从环保角度，$\ce{CO}$有毒需尾气处理，对比两装置找不足。
【解析】
（1）实验中澄清石灰水变浑浊，说明有$\ce{CO_{2}}$生成，碳与氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为：$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；
（2）铜的氧化物中，$\ce{CuO}$为黑色，$\ce{Cu_{2}O}$为暗红色，故暗红色氧化物为$\ce{Cu_{2}O}$；
（3）根据查阅资料，碳在高温下能与二氧化碳反应，反应生成的$\ce{CO_{2}}$与过量的碳在高温下反应可生成$\ce{CO}$，因此猜测有$\ce{CO}$；
（4）空气中的氧气会与木炭在高温下反应，影响气体含量测定，故实验前用氦气排空气，避免氧气干扰；
（5）①由传感器数据可知，$\ce{C}$和$\ce{CuO}$反应的主要气体产物是$\ce{CO_{2}}$，随着$\ce{CuO}$占比增多，$\ce{CO}$的含量逐渐减少；②产生$\ce{CO}$的原因是：反应生成的$\ce{CO_{2}}$与过量的碳在高温条件下反应生成一氧化碳；
（6）$\ce{CO}$有毒，实验一装置没有尾气处理装置，会导致有毒的$\ce{CO}$排放到空气中，污染环境。
【答案】
(1) $\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；(2) $\ce{Cu_{2}O}$；(3) 碳在高温下不仅能跟金属氧化物反应，还能与二氧化碳反应；(4) 氧气；(5) ① 二氧化碳；减少；② 二氧化碳和碳在高温条件下反应生成一氧化碳；(6) 没有尾气处理装置
【知识点】
碳的还原性、二氧化碳与碳的反应、化学方程式书写
【点评】
本题为实验探究题，以碳还原氧化铜的气体产物探究为载体，综合考查实验现象分析、资料应用、化学用语书写及实验装置评价等能力，需学生结合题目信息逐步推导，难度适中。
【难度系数】
0.6
