碳和氧化铜反应的产物到底是什么

在初中化学中，我们学习了碳和氧化铜在高温条件下反应会生成铜和二氧化碳。而在近年的竞赛题和中考题中，常常出现对碳和氧化铜反应的产物进行进一步探究的题，很多信息都反应出，碳和氧化铜在高温条件下反应不一定只生成铜和二氧化碳，还可能生成氧化亚铜和一氧化碳。这不禁使我们产生迷惑：碳和氧化铜反应的产物到底是什么?

一、反应会生成CO吗

1．(2006年江西省)在学习过程中，小雨同学提出―个问题：“碳燃烧时可能生成CO2，也可能生成CO，那么碳与氧化铜反应生成的气体也有多种可能？”

猜想 碳与氧化铜反应生成的气体中：①只有CO2②只有CO③既有CO2又有CO。

查阅资料 浸有磷钼酸溶液的氯化钯试纸遇CO2无变化，但遇到微量CO会立即变成蓝色。

方案设计 通过上述资料和已有知识，小雨初步设想用浸有磷钼酸溶液的氯化钯试纸和澄清的石灰水对碳与氧化铜反应生成的气体进行检验。根据小雨的设想，请你完成填空：

(1)若试纸不变色，石灰水变浑浊，则只有CO2；

(2)若试纸______，石灰水_______，则只有CO；

(3)若试纸__，石灰水___，则既有CO2，又有CO。

实验验证 经过思考之后，小雨设计了下图实验装置：

实验步骤

(1)打开弹簧夹，先通一会儿纯净、干燥的N2；

(2)关闭弹簧夹，点燃酒精灯加热。

结论 小雨通过分析实验现象，确认猜想③是正确的，请你写出装置C中发生反应的化学方程式___________________________________________；

反思与评价 (1)该题开始通一会儿N2的目的是___________________________________________；

(2)请从环保的角度分析该实验装置的不完善之处：_______________________________________。

答案 方案设计(2)变蓝；无明显现象(3)变蓝；变浑浊

结论 CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O

反思与评价 (1)排出装置内的空气(2)没有尾气处理(吸收)装置

分析 小雨通过实验探究，发现碳与氧化铜反应生成的气体既有CO2，又有CO，这与初中化学课本中讲解的碳与氧化铜反应生成铜和CO2有明显的区别，如何解释这个问题呢?

二、反应会生成Cu2O吗

2．(2006年全国初中学生化学素质和实验能力竞赛复赛试题)已知氧化铜被碳还原的的产物是氧化亚铜(红色)，现有氧化铜和木炭粉组成的混合物4.24g，在高温下充分反应后，得到红色固体产物。反应后产生的气体能全部被过量的澄清的石灰水吸收，得到沉淀2.00g。计算所得红色固体产物的质量。

这道题刊登在《中学化学教学参考》2006年第5期，给出的签案是这样的：

解：4.24g混合物中m(C)=12/100×2.00g=0.24g

M(CuO):4.24g-0.24g=4g

CuO全部被还原为Cu2O的化学方程式：

分析 这道题中碳被氧化铜还原的固体产物是氧化亚铜，和初中课本上有明显的差异。但如果我们仔细分析数据，却发现这道题不是很严密，答案也值得商榷。如果是答案中所说的只发生一个反应的话，那么也可以通过碳的质量来求Cu2O的质量，但是很明显得到的是―个不同的结果。对比碳和氧化铜的质量，碳有剩余。当碳有剩余时，根据题意“在高温下充分反应”，碳应该继续和Cu2O反应生成Cu和CO2,那样得到的“红色固体产物的质量”不应只是Cu2O的质量，而应该是Cu2O和Cu的混合物。而题上又说“已知氧化铜被碳还原的产物是氧化亚铜(红色)”，这显然是自相矛盾。那么碳和氧化铜在高温条件下到底应该生成什么物质呢?根据1998年学苑出版社出版的《初中化学实验教学》392页“若氧化铜量过多，则剩余的氧化铜与还原出来的铜在高温下继续反应，生成了砖红色的氧化亚铜而得不到铜粉”的叙述，再加上数据的分析；如果发生的反应是

则氧化铜过量；如果发生的反应是4CuO+C=2Cu2O+CO2则碳过量，可知这道题中应该生成Cu2O和Cu的混合物。原题的第一句话宜改为“已知氧化铜被碳还原的产物中可能含有氧化亚铜(红色)”分析清了题，进行计算。如果通过两个方程来求Cu2O和Cu的质量之和有些麻烦。可以这样来算。

答案 2.00g沉淀为CaCO3的质量。根据Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O可求出CO2的质量为0.88g，根据质量守恒定律，反应后所得红色固体产物的质量为：4.24g-0.88g=3.36g。

小结 在碳的量不足的情况下，C和CuO应该反应生成Cu2O或Cu2O和Cu的混合物。

三、什么时候生成的是铜和二氧化碳呢

从理论上来讲，氧化铜粉与炭粉的质量比在159:12=13.25:1时，就只生成铜和二氧化碳。但在实际操作中，氧化铜粉与炭粉的质量比以限制在(9～13):1的范围内效果较好。这里主要原因是木炭粉不纯净，含有一些杂质，所以用的量多一些。

总之，碳和氧化铜反应生成什么物质与它们的相对量有关：当碳过量时，生成的气体中会含一氧化碳；当氧化铜过量时：所得固体中会含有氧化亚铜。只要把碳和氧化铜的质量比控制在一定的范围，得到的产物就主要是铜和二氧化碳。

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