2024届人教版初三化学一轮复习:22、 碳的几种单质(含答案)

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2024届人教版初三化学一轮复习:22、 碳的几种单质(含答案)

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21. 碳的几种单质
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目录
【课堂笔记1】同素异形体、碳………………………………………………………………………………………01
【课堂笔记2】碳的化学性质…………………………………………………………………………………………04
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【课堂笔记1】同素异形体、碳
1. 由同一种元素组成不同单质的现象称为同素异形现象。
2. 由同一种元素组成的不同单质互称为同素异形体。
3. 常见的同素异形体
碳的同素异形体:金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管、石墨烯和石墨炔;
磷的同素异形体:白磷和红磷;
氧的同素异形体:氧气、臭氧、四聚氧(O4)和红氧(O8)。
【特别提醒】同素异形体之间的转化是化学变化、同素异形体的混合体系是混合物。
4. 金刚石、石墨和C60
金刚石: 石墨: C60:又称足球烯或富勒烯
物理性质 天然物质中最硬的物质;无色、透明、正八面体,不易导电导热 深灰色、有金属光泽、细鳞片状固体;软而滑;可导电;易传热。 C60晶体具有金属光泽,有许多优异的性能,如超导、强磁性、能抗辐射、耐高压、抗化学腐蚀
物理性质差异性较大 原因:原子的排列方式不同(或物质内部结构不同)
内部结构 立体网状结构 片层结构 球状结构
化学性质 化学性质相似 原因:它们都由碳原子构成
用途 切割玻璃;做钻探机的钻头;做装饰品,如钻戒 做铅笔芯、润滑剂、电极 有感应功能的传感器,增强金属的强度,光学应用
【温馨提示】C60由分子构成,C60可以表示一个C60分子,每个分子由60个碳原子构成。
5. 无定形碳
(1)定义:由石墨的微小晶体和少量杂质构成,没有固定形状。常见的无定形碳:木炭、活性炭、焦炭、炭黑。
(2)几种无定形碳的比较
名称 图示 用途
木炭 作燃料、冶炼金属、制黑火药、制活性炭、吸附剂
活性炭 吸附剂,用于防毒面具、制糖、吸附色素和异味
焦炭 冶炼金属
炭黑 制造墨、油墨、油漆、鞋油、颜料等,作橡胶制品的填料
【温馨提示】
①木炭、活性炭都具有疏松多孔的结构,均具有较强的吸附性。木炭可用于食品、工业产品中除去色素、异味等,活性炭可用于防毒面具中除去毒气、制糖业中脱色以制白糖。
②“碳”与“炭”的区别
碳:指碳元素、碳原子、碳的单质及化合物,在物质组成中写“碳”。
炭:指的是具体的物质,如木炭、焦炭、活性炭、炭黑,这些碳的单质的名称中写“炭”。
【对点分析1】
1. 下列关于金刚石与石墨的说法中正确的是( )
A. 都能导电 B. 都是黑色固体 C. 硬度都很小 D. 都由碳元素组成
2. 两位英国科学家因在石墨烯材料方面的开创性研究获得2020年诺贝尔奖。石墨烯是由碳元素组成的单质,下列关于碳单质的说法正确的是(  )
A.金刚石是天然存在的最硬的物质,可用来裁玻璃
B.石墨有金属光泽,有导电性,所以是一种金属
C.活性炭具有吸附性,可以吸附所有物质
D.金刚石、石墨和足球烯(C60)都是由碳原子直接构成的
3. 石墨烯是一种由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,碳纳米管主要是由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管,它们的微观结构如图所示。下列说法正确的是(  )
A.碳元素只能组成碳纳米管和石墨烯两种单质 B.碳纳米管不与其他物质发生反应
C.构成石墨烯的原子间有一定间隔 D.构成碳纳米管的原子不再运动
4. 金刚石、石墨、C60物理性质有很大差异的原因是(  )
A.原子种类不同 B.原子大小不同 C.原子排列方式不同 D.原子数目不同
5. 下列关于碳单质用途的叙述中,错误的是(  )
A.金刚石不仅能刻划玻璃,还能装在钻头上钻凿坚硬的岩层
B.干电池里的碳棒是石墨制成的
C.防毒面具用活性炭吸收有毒气体
D.制糖工业用炭黑来吸附有色物质
6. 活性炭具有 的结构,所以有很好的 性,这是活性炭的 ,(填“物理性质”或“化学性质”)。在生活和生产中有广泛的应用,如制作防毒面具,冰箱去味剂及除去水中的杂质等。
【对点训练1】
1. 如图为金刚、石墨和C60的结构模型图,图中小球代表碳原子。下列说法不正确的是(  )
A.原子的排列方式改变,则构成的物质种类改变
B.相同元素组成的不同物质,在足量的氧气中完全燃烧,产物相同
C.相同元素组成的不同物质,化学性质相同
D.在特定的条件下,石墨既可转化为金刚石,也可转化为C60
2. 2019年5月30日,中国石墨烯产业高质量发展论坛在无锡举行。石墨烯是由碳原子组成的导电导热性能很强、硬度很大的一种新材料。下列叙述错误的是(  )
A.石墨烯是一种单质 B.石墨烯是一种化合物
C.石墨烯具有导电性 D.石墨烯具有导热性
3. C60在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。关于C60的叙述不正确的是( )
A.该物质由C60分子构成
B.该物质由60个碳原子构成
C.其相对分子质量为720
D.C60和C70是两种物质
4. 两位英国科学家因在石墨烯材料方面的开创性研究获得2010年诺贝尔奖。石墨烯是由碳元素组成的单质,下列关于碳单质的说法正确的是(  )
A.金刚石是天然存在的最硬的物质,可用来裁玻璃
B.石墨有金属光泽,有导电性,所以是一种金属
C.活性炭具有吸附性,可以吸附所有物质
D.金刚石、石墨和足球烯(C60)都是由碳原子直接构成的
5. 下列物质的性质与用途对应关系错误的是(  )
A.金刚石硬度大,可用于切割玻璃
B.木炭具有吸附性,可用作燃料
C.氮气化学性质稳定,可用作保护气
D.钨的熔点高,可用于制作灯丝
6. 金刚石、石墨都是由碳原子直接构成的 ,(填“单质”、“化合物”或“混合物”)。但其物理性质有很大 (填“不同”或“相同”),其原因是 。
【课堂笔记2】碳的化学性质
1.常温下,碳单质的化学性质稳定
常温下,碳单质的化学性质很稳定,碳受日光照射或与空气、水分接触,都不容易起变化。
实际生活中利用这一性质有以下应用:
(1)需要长期保存的档案材料一般用碳素墨水书写。
(2)木质电线杆埋入地下部分用火烧焦。
2.碳能与氧气反应——可燃性
在点燃的条件下,碳可以在氧气(或空气)里燃烧,放出热量。
(1)氧气充足时,完全燃烧:C+O2CO2
(2)氧气不充足时,不完全燃烧:2C+O22CO
无论碳燃烧是否充分,都会放出热量,因此碳是生活生产中常用的燃料。
3.碳能与某些金属氧化物反应——还原性
单质碳在高温下可以和某些氧化物反应,夺取这些氧化物中的氧,表现出还原性。
(1)木炭还原氧化铜
①实验操作
a.把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀,小心地铺放进试管;
b.将试管固定在铁架台上。试管口装有通入澄清石灰水的导管;
c.集中加热;
d.过几分钟后,先撤出导气管,待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上。观察现象并分析。
②实验现象:澄清的石灰水变浑浊;黑色固体逐渐变成红色。
③实验原理:C+2CuO2Cu+CO2↑
【重点解析】氧化还原反应:物质与氧发生的反应叫氧化反应;含氧物质失去氧的反应叫做还原反应。
①氧化剂、还原剂指的都是反应物。
②在反应中,失去氧的物质叫氧化剂,氧化剂具有氧化性。
③在反应中,得氧的物质叫还原剂,还原剂具有还原性。
CuO是氧化剂,在反应中失氧,被还原、发生还原反应、得到还原产物Cu
C是还原剂,在反应中得氧,被氧化、发生氧化反应、得到氧化产物CO2
④实验操作目的及注意事项
a.反应开始的标志:澄清的石灰水变浑浊。
b.在酒精灯上加网罩的目的:集中火焰、提高温度。
c.配制混合物时木炭粉应稍过量的目的:防止已经还原的铜被氧气重新氧化。
d.实验完毕后先熄灭酒精灯的后果:石灰水倒吸入热的试管中使试管炸裂。
(2)工业上,用焦炭和铁的氧化物反应冶炼铁:2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑
(3)高温下,木炭还能与二氧化碳反应:C+CO22CO
(4)高温下,木炭还能与水反应:C+H2O(g)CO+H2(工业上水煤气的制取方法)
【对点分析2】
1. 列有关碳和碳的氧化物的说法,正确的是( )
A.焦炭能用于冶金工业,是因为其具有氧化性
B.在一定条件下,一氧化碳与二氧化碳可以相互转化
C.碳具有可燃性,木炭在空气中燃烧只生成二氧化碳
D.高温条件下,一氧化碳与氧化铁发生的反应属于置换反应
2. 将一种黑色粉末装入试管中加强热后,有红色物质生成,同时产生能使澄清石灰水变浑浊的气体,则此黑色粉末是( )
A.氧化铜 B.木炭粉和二氧化碳
C.木炭粉 D.氧化铜和木炭粉
3. 我国古代的珍贵字画,虽年深日久仍不变色,原因是常温下墨汁中的含碳单质( )
A.化学性质稳定 B.具有氧化性
C.具有还原性 D.具有可燃性
4. 当CuO中混有少量碳粉时,可以用下列哪种方法提纯( )
A.隔绝空气加热混合物 B.在氧气流中加热混合物
C.加足量水搅拌过滤 D.用筛子将碳粉筛去
5. 木炭与氧化铜、一氧化碳与氧化铜反应的实验装置分别如图所示。下列说法正确的是( )
A.一氧化碳与氧化铜的反应中A的作用是尾气处理
B.木炭、一氧化碳与氧化铜的反应中,都只有碳元素的化合价发生变化
C.两个实验中都可以观察到红色固体变黑
D.木炭、一氧化碳与氧化铜的反应都属于置换反应
6. 两份质量相等的碳,一份与足量的氧气完全反应生成二氧化碳,另一份与氧气反应全部生成一氧化碳,则前者与后者消耗氧气的质量比为( )
A.2:1 B.1:2 C.3:4 D.3:8
7. 某化学兴趣小组的同学探究木炭还原氧化铜的实验,实验装置如图。实验时,a中的固体由黑色变红色,b中的试管内产生气泡和白色沉淀。
【査阅资料】氧化亚铜(Cu2O)是红色固体,能与稀硫酸发生如下反应:Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O。
【提出问题】已知实验后a中的红色固体含有单质铜,是否还含有氧化亚铜(Cu2O)呢?
【实验验证】取a中的红色固体少量于试管中,加入____________ 溶液,试管中出现 ,证明固体中确实含有Cu2O。
【提出问题】木炭还原氧化铜产生的气体是什么?
【提出猜想】
猜想一:CO2;
猜想二:CO;
猜想三:_________________。
【提出质疑】甲同学认为猜想二不正确,他的理由是____________________________。
【验证猜想】乙同学将木炭还原氧化铜产生的气体通入灼热的氧化铜粉末中,黑色固体变红,证明猜想______是正确的,该反应的化学方程式为____________________________________。
【交流反思】兴趣小组认为上图装置不够完善,为了防止尾气对空气的污染,应该把上图装置中的b部分装置换成下列______装置(填字母序号)。
A B C D
8. 实验室可利用碱式碳酸铜【Cu2(OH)2CO3】制备氧化铜,并进行碳粉还原氧化铜的实验。
(1)制备氧化铜并检验产物,装置如图所示(省略夹持仪器)
A B C D
步骤一:连接A和B,打开活塞,通入空气。
步骤二:关闭活塞,连上C和D,开始加热。
步骤三:在加热过程中,记录在B中固体质量变化如下表,在t3时停止加热。
加热时间(min) 0 t1 t2 t3
B中固体质量(g) 6.66 5.20 4.80 4.80
B中发生反应的化学方程式为:___Cu2(OH)2CO3=___CuO+___H2O+___CO2↑;
C中的试剂是________;。。。。。A的作用是吸收空气中的_____________水蒸气和二氧化碳,防止对产物检验造成干扰。选择t3时停止加热的理由是____________________________________________________。
(2)一定量碳粉还原(1)中制得的氧化铜并检验产物,装置如图所示:
实验过程中,观察到F中溶液变浑浊,E中的现象是____________________________;反应完全后,若仅撤走酒精喷灯停止加热,可能导致的后果是___________________________。
(3)分析:若(1)中省略步骤三,对(2)中反应产物判断可能产生的影响及其原因:______________
_________________________________________________。
【对点训练2】
1. 在2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑反应中,还原剂是(  )
A.C       B.CO2       C.Fe2O3       D.Fe
2. 金属钛(Ti)是重要的航空航天人材料,Ti肽可以用TiO2与Si供热来指的反应的方程式为TiO2 + SiTi + SiO2,该反应中还原剂是( )
A. TiO2 B. Si C. SiO2 D. Ti
3. 镁能在CO2气体中燃烧,反应的方程式为该反应中2Mg + CO22MgO + C,则被还原的物质是( )
A. Mg B. CO2 C. MgO D. C
4. 用纯净的木炭粉末还原氧化铜粉末时,可发生的反应有2CuO + C2Cu +CO2↑,CuO + CCu +CO↑,现用0.1mol木炭粉末还原0.125mol氧化铜粉末,反应物刚好反应完全,则生成的气体产物是( )
A. CO2 B. CO C. CO、CO2 D. Cu、CO
5. 一定质量的铜粉和碳粉混合物,在空气中充分灼烧后,体物固体质量与原混合物的质量相同,原混合物中铜粉和碳粉的质量比为( )
A. 4:1 B. 2:1 C. 3:2 D. 1:1
6. 按如图进行实验,下列分析或结论正确的是( )
A. 导管口刚有气泡冒出说明反应开始
B. 实验结束应立即倒出粉末
C. 木炭能使氧化铜还原为铜
D. 固体减少的质量一定等于生成二氧化碳质量
7. 我国劳动人民早在五千年前就会使用木炭炼铜,在化学实验室里模拟炼铜,既可用传统的实验装置(见图甲),又可用改进的微型实验装置(见图乙)。化学兴趣小组采用图乙装置,开展以下探究活动。
(1)写出木炭与氧化铜反应的化学方程式________________________,其中发生还原反应的物质是________。
(2)判断木炭与氧化铜已经发生反应的依据是_________________________________________________。
(3)使用图乙装置与使用图甲装置相比,其优点是__________(写出一条即可)。
8. 某同学在学习木炭和氧化铜反应的知识后,产生了疑问:木炭与氧化铜反应生成的气体有哪些 同学们带着疑问进行了下列探究:
【提出猜想】猜想一:只有CO2;猜想二:只有CO;猜想三: 。
【查阅资料】没有磷钼酸溶液的氯化钯试纸遇二氧化碳无变化,但遇到微量一氧化碳会立即变成蓝色。
【实验步骤】连接好实验装置,并进行实验,装置如下图所示(夹持仪器已省) :
步骤一:实验前先通一段时间N2;步骤二:点燃酒精喷灯加热。
玻璃管中的现象是_____。
【实验结论】
(1)若观察到氯化钯试纸不变色,澄清石灰水变浑浊,则猜想一成立, 请写出澄清石灰水变浑浊的化学方程式: 。
(2)若观察到氯化钯试纸变蓝,澄清石灰水不变浑浊,则猜想_____成立。
(3)若观察到氯化钯试纸 ,澄清石灰水 ,则猜想三成立。
【实验反思】
(1)该实验开始前通一会儿N2的目的是: 。
(2)有同学认为该装置需要添加尾气处理装置,你认为是否需要 请说明理由。

【课后作业】
1. 金刚石和石墨是常见的碳单质,其结构如图所示。下列说法正确的是
A.构成金刚石和石墨的原子大小不同 B.金刚石和石墨中原子排列方式相同
C.1g金刚石和1g石墨所含原子数相同 D.金刚石和石墨在氧气中都不能燃烧
2. (不定项选)下列各组物质中不属于同一物质的是( )
①金刚石、石墨 ②液氧、氧气 ③食盐、氯化钠 ④氧气、臭氧
A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④
3. 金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质,关于它们的说法正确的是( )
A. 它们是同一种物质 B. 它们的碳原子的排列方式相同
C. 它们互为同素异形体 D. 它们的化学与物理性质相同
4. 属于同素异形体的是( )
A. 蒸馏水和矿泉水 B. 氧气和液氧 C. 金刚石和足球烯 D. 干冰和冰
5. 下列关于碳单质用途叙述中错误的是( )
A. 金刚石能用于切割玻璃 B. 干电池里的碳棒是什么制成的
C. 防毒面具用活性炭吸收有毒气体 D. 用石墨制备金刚石是物理变化
6. 科学家获得极具理论研究价值的N4分子,有关N4说法正确的是( )
A. 1molN4约含有6.02×1023氮原子 B. N4是一种新型化合物
C. 1个N4分子中有2个N2分子构成 D. N4与N2是同素异形体
7. 已知:C+2CuO2Cu+CO2↑。如图表示一定量的木炭和氧化铜固体混合物受热过程中,某变量y随加热时间的变化趋势,其中纵坐标y表示( )
A.固体的质量
B.固体中氧化铜的质量
C.二氧化碳的质量
D.固体中铜元素的质量分数
8. 用纯净的木炭粉还原氧化铜粉末时,可能发生的化学反应是:C+2CuO2Cu+CO2↑,C+2CuOCu+CO↑.某同学设计实验,欲证明氧化铜中含有氧元素,实验装置如图。有关说法不正确的是(  )
A.实验前先通入N2的目的是排尽玻璃管中的空气,防止干扰
B.本实验能证明含氧元素的证据是澄清石灰水变浑浊
C.硬质玻璃管中黑色固体变红,可以证明氧化铜含有氧元素
D.本实验的不足是没有处理尾气
9. 在高温条件下,碳能使二氧化碳转变成一氧化碳:C+CO22CO,下列说法不正确的是( )
A.反应中碳发生了还原反应 B.产物是空气污染物之一
C.该反应为吸热反应 D.该反应中原子数目在反应前后不变
10. 已知:2CuO+C2Cu+CO2↑.如图表示一定质量的CuO和C固体混合物在受热过程中各物质质量随时间的变化趋势。下列说法中错误的是(  )
A.t1时,开始发生反应
B.t1和t2时,固体中铜元素质量保持不变
C.b是固体混合物的质量
D.d是二氧化碳的质量
11. 图所示是碳与氧化铜反应的实验装置,下列说法错误的是( )
A.网罩的作用:集中火焰并提高温度 B.理论上试管a中减少的质量等于试管b增加的质量
C.a中黑色粉末变红说明碳具有还原性 D.反应结束后立即把a中的物质倒出来观察现象
12. 为探究碳还原氧化铜的最佳实验条件,用木炭粉和氧化铜的干燥混合物进行系列实验。
【査阅资料】
①碳还原氧化铜得到的铜中可能含有少量的氧化亚铜;
②氧化亚铜为红色固体,能与稀硫酸反应:Cu2O+H2SO4=CuSO4+H2O+Cu。
③铜不能与稀硫酸反应
【进行实验】
实验1:取质量比为1:11的木炭粉和氧化铜混合物1.3g,用1-1装置进行实验进行实验。
序号 1﹣1 1﹣2
装置
反应后物质的颜色、状态 黑色粉末中混有少量红色固体 红色固体有金属光泽,混有极少量黑色物质
实验2:取一定量的混合物,用1-2装置进行实验。
【解释与结论】
(1)木炭还原氧化铜的化学方程式是 。
(2)实验1-2中,证明产生了CO2的现象是
(3)实验1的目的是 。
(4)实验2的结论是
【反思与评价】
(5)实验2没有进行质量比为1:14的实验,理由是
(6)为检验2-4的红色固体中是否含Cu2O,所需的试剂是 。
13. 木炭作为还原剂用于金属冶炼已有几千年历史。教材用如图1实验介绍这一知识。
(1)木炭与氧化铜反应的化学方程式是   。
(2)酒精灯火焰处加有铁丝网罩,其作用是   。
(3)固定试管时,试管口要略向下倾斜,其目的是   。
(4)图I与教材中的装置还是略作了改进,实验结束时,可先用弹簧夹夹紧橡皮管,再熄灭酒精灯,这样做的目的除了防止石灰水倒吸入热的试管,使试管炸裂外,还可以防止   。
(5)为了提高成功率,某研究小组设计如图Ⅱ方案进行实验。
【实验研究】分别称取2g木炭与CuO混合物,总质量相同(2g)但木炭与CuO比例不同的实验对比表:
由实验数据分析,除温度外,影响实验的因素是   ;从产物分析,该反应混合物的最佳比例范围是   。
【装置改进】
稳定的高温是本实验成功的关键因素之一,实验装置也会影响加热的效率。图Ⅱ装置将卧式装置改为直立式装置,实验时,将反应混合物夯实于底部,调节酒精灯使外焰完全包围试管的下部。你认为该设计是否更好?   (填“是“或“否”);理由是   。
【交流讨论】
由于试管中有空气,实验时应注意:
①混合物需进行预热,除了使试管受热均匀外,另外的目的是   。
②理论上讲并不能把石灰水变浑浊作为木炭跟CuO开始反应的充分证据。其理由是   。
21. 碳的几种单质 — 参考答案
【对点分析1】
1. D 2. A 3. C 4. C 5. D
6. 疏松多孔 吸附 物理
【对点训练1】
1. C 2. B 3. B 4. A 5. B
6. 单质 不同 碳原子排列方式不同
【对点分析2】
1. B 2. D 3. A 4. B 5. A 6. A
7.
【实验验证】稀硫酸;固体部分溶解,溶液由无色变成蓝色;
【提出猜想】CO2和CO;
【提出质疑】仅有一氧化碳时不能使澄清石灰水变浑浊;
【验证猜想】三;CO+CuOCu+CO2;
【交流反思】A或B或D。
8.
(1)1、2、1、1;无水硫酸铜;水蒸气和二氧化碳;固体质量不再减少,证明碱式碳酸铜已经完全分解;
(2)黑色粉末变成红色;F中的液体通过导管流入E中,造成试管炸裂;
(3)不能确定炭粉还原氧化铜的生成物中是否含有二氧化碳,因为可能有(1)中未分解的碱式碳酸铜在实验(2)中分解,产生二氧化碳气体,干扰对炭粉还原氧化铜反应生成物的判断。
【对点训练2】
1. A 2. B 3. B 4. C 5. A 6. C
7.
(1)C+2CuO2Cu+CO2↑ CuO
(2) 黑色粉末中逐渐有红色固体产生,澄清的石灰水变浑浊 操作简单(或其他合理答案)
(3)液体倒流,引起试管炸裂
8.
【提出猜想】既有CO2又有CO
【实验步骤】黑色粉末逐渐变为红色
【实验结论】CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O 二 变蓝 变浑浊
【实验反思】排尽装置内的空气,防止空气中的氧气对碳与氧化铜反应产物检验的干扰(答案合理即可) 不需要;实验过程中产生的一氧化碳已收集在装置E中,没有排放到空气中,不会造成污染(答案合理即可)
【课后作业】
1. C 2. CD 3. C 4. C 5. D 6. D 7. D 8. C 9. A 10. C 11. D
12.
(1)C+2CuO2Cu+CO2↑
(2)澄清石灰水变浑浊
(3)探究木炭与氧化铜的受热面积对其反应的影响。
(4)木炭与氧化铜最佳质量比为1:12.
(5)木炭与氧化铜质量比为1:13时,氧化铜已经过量。
(6)稀硫酸
13.
(1)C+2CuO2Cu+CO2↑;
(2)使火焰更集中并提高温度;
(3)防止冷凝水倒流,炸裂试管;
(4)防止铜被重新氧化;
(5)实验研究:反应物的比例,1:10~1:11;
【装置改进】是,反应物受热均匀,可获得持续的高温;
【交流讨论】①减少试管内剩余空气的量,降低氧气对实验的影响;
②碳和氧气反应也会生成二氧化碳。

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