三、实验探究题
18. 某兴趣小组同学模仿工业高炉炼铁原理，用
实验装置(加热装置已省略)探究冶炼铜的化学原理。实验操作过程如下：
① 将$\mathrm{CuO}$加水制成糊状，用毛笔刷在试管内壁，烘干；然后在试管底部加入一定量的焦炭，再向试管里通入干燥的$\mathrm{CO}_2$，此时用仪器测得$\mathrm{CO}_2$的含量为$a\ \mathrm{g·L}^{-1}$，用气球密封试管口。
② 用酒精灯加热试管中的氧化铜部位一段时间，无明显现象，随后熄灭酒精灯。
③ 高温加热焦炭部位一段时间，停止加热，用热成像仪拍摄
中虚线框部位，数据输出得到图2曲线。恢复至与①相同的条件测得$\mathrm{CO}_2$的含量为$0.2a\ \mathrm{g·L}^{-1}$。
④ 再次用酒精灯加热氧化铜部位，1 min左右黑色固体变成紫红色。
（1）操作②中实验现象说明$\mathrm{CO}_2$
不能
(填“能”或“不能”)与$\mathrm{CuO}$反应。
（2）操作③中$\mathrm{CO}_2$含量减小的原因是
二氧化碳与焦炭反应生成了一氧化碳
。
（3）操作④中反应的化学方程式为
$\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta} Cu + CO_{2}}$
。
（4）实验结束后，一般将装置内的气体灼烧处理，目的是
防止一氧化碳污染环境
。
（5）由图2可知，刚停止加热后焦炭区温度降低更快，可能的原因是
焦炭与二氧化碳的反应需要吸收热量
。
解析：
【分析】
本题围绕模仿高炉炼铁原理的实验展开，需结合各操作步骤的实验现象、物质的化学性质逐一分析问题：（1）根据操作②中加热CuO部位无现象，判断CO₂与CuO是否反应；（2）操作③中高温加热焦炭，结合碳与CO₂的反应分析CO₂含量减少的原因；（3）操作④是CO还原CuO，书写对应的化学方程式；（4）考虑实验中产生的CO的毒性，分析气体处理的目的；（5）结合反应的吸热性，分析焦炭区温度降低快的原因。
【解析】
（1）操作②中加热氧化铜部位无明显现象，说明CO₂在该条件下不能与CuO反应，故填“不能”；
（2）操作③中高温加热焦炭部位，焦炭（C）与通入的CO₂发生反应：$\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温} 2CO}$，消耗了CO₂，因此测得CO₂含量减小；
（3）操作④中，生成的CO在加热条件下还原CuO，反应的化学方程式为$\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta} Cu + CO_{2}}$；
（4）实验过程中会生成有毒的CO，直接排放会污染环境，因此将装置内气体灼烧处理，目的是防止一氧化碳污染环境；
（5）焦炭与二氧化碳的反应是吸热反应，刚停止加热后，反应仍在进行（温度尚未降至反应所需温度以下），持续吸收热量，导致焦炭区温度降低更快。
【答案】
(1) 不能 (2) 二氧化碳与焦炭反应生成了一氧化碳 (3) $\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta} Cu + CO_{2}}$ (4) 防止一氧化碳污染环境 (5) 焦炭与二氧化碳的反应需要吸收热量
【知识点】
碳的化学性质、一氧化碳的还原性、化学方程式书写
【点评】
本题以实验探究形式考查高炉炼铁原理的迁移应用，结合实验步骤分析物质间的反应，重点考查碳和一氧化碳的化学性质，需学生具备结合实验现象分析问题的能力，是初中化学的重点题型，难度适中。
【难度系数】
0.6
