Question

某化学活动兴趣小组的同学利用如图进行木炭还原CuO的探究实验．已知：C+2CuO2Cu+CO₂↑    C+CuOCu+CO↑

（1）该装置中试管口略向下倾斜的原因是：______；实验结束时，应______（填“先”或“后”）拔掉试管上的橡皮塞，原因是：______．
（2）有同学认为该装置a处可能有CO冒出，他的理由是______．
由此，请你提出对上述C和CuO反应的装置的改进建议（只要求写两点）______；______．
（3）他们通过查阅资料后，得知氧化亚铜（Cu₂0）为红色固体．
①请从元素守恒和元素质量分数两个方面说明生成的红色固体中可能存在氧化亚铜的原因：______、______．
②又知：Cu₂0能和常见的酸（HNO₃除外）反应生成Cu²⁺和Cu、H₂O；Cu不能与常见的酸（HNO₃除外）反应．请你设计一个简便的实验方案，证明红色固体中含有Cu₂O．

实验步骤
实验现象与结论
化学反应方程式

（4）已知2Fe₂₃+3C4Fe十3CO₂↑，
如果C的量少一些，还会发生如下反应：2Fe₂₃+C4FeO十CO₂↑
①当碳与氧化铁的质量比为______时，氧化铁会被还原成氧化亚铁；
②合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe₂₃．
当催化剂中FeO与Fe₂₃的质量之比为9：20时，其催化活性最高，此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为多少？（保留2位小数）
③以Fe₂₃为原料制备上述催化剂，为制得这种活性最高的催化剂100g，应取Fe₂₃粉末的质量多少克？

Answer

加热试管中的固体物质时试管口应该略向下倾斜，这样可以防止冷凝水倒流，引起试管炸裂．酒精灯中的酒精燃烧时的温度达不到高温，如果想达到高温需要用酒精喷灯或煤气灯．因为氧化亚铜中所含氧元素、铜元素反应物中都有，氧化亚铜中氧的质量分数比氧化铜中氧的质量分数低，所以生成的红色固体中可能存在氧化亚铜．根据化学方程式可以进行相关方面的计算．
【解析】
（1）该装置中试管口略向下倾斜的原因是防止冷凝水倒流，引起试管炸裂．故填：防止冷凝水倒流，引起试管炸裂．
因为如果先移走酒精灯再拔出导管，这样试管内的压强减小，液体会倒流进入试管从而把试管炸裂．故填：先； 防止熄灭酒精灯，压强减小，引起液体倒流，试管炸裂．
（2）该装置a处可能有CO冒出的理由是酒精灯的温度达不到高温，碳与氧化铜在加热的情况下反应可能会生成CO．故填：酒精灯的温度达不到高温，碳与氧化铜在加热的情况下反应可能会生成CO．
可以这样改进：将酒精灯换成酒精喷灯；在a处放一盏燃着的酒精灯．故填：将酒精灯换成酒精喷灯；在a处放一盏燃着的酒精灯．
（3）①因为反应物中含有铜元素和氧元素，氧化亚铜中氧的质量分数比氧化铜中氧的质量分数低．
故填：氧化亚铜中所含氧元素、铜元素反应物中都有；氧化亚铜中氧的质量分数比氧化铜中氧的质量分数低．
②证明红色固体中含有Cu2O的实验如表中所示．

实验步骤 取少量红色固体，向其中加入足量的稀硫酸
实验现象与结论 溶液变成蓝色，说明红色固体中有氧化亚铜
化学反应方程式 Cu20+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O

（4）①由2Fe23+C4FeO十CO2↑可知，碳和氧化铁的质量比为：12：160×2=12：320．故填：12：320
②因为m（FeO）：m（Fe23）=9：20 所以混合物中铁的质量分数为：
×100%=72.41%． 
答：此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为72.41%． 
③为制得这种活性最高的催化剂100g，应取Fe23粉末的质量为：
100g×=68.97g．
答：应取Fe23粉末的质量为68.97g．