物质的转化

现象：黑色混合物中逐渐出现红色固体；澄清石灰水变浑浊。结论与方程式：$\mathrm{2CuO + C \xrightarrow{\text{高温}} 2Cu + CO_2\uparrow}$，木炭把铜从氧化铜中还原出来，自己被氧化成二氧化碳。木炭是还原剂，氧化铜是氧化剂。

四处操作要点：① 药品必须干燥并混匀，试管口略向下倾斜防止冷凝水回流炸裂；② 酒精灯要加网罩以提高温度；③ 实验结束时先把导管从石灰水中撤出，再熄灭酒精灯，防止倒吸；④ 生成的铜要在试管中冷却后再倒出，否则热的铜会重新被空气氧化变黑。这个反应属于什么类型：反应物有单质碳和化合物氧化铜，产物有单质铜和化合物二氧化碳，符合 $\mathrm{A + BC \rightarrow AC + B}$，是置换反应；对照 $\mathrm{Fe_2O_3 + 3CO}$，因为一氧化碳不是单质，那一个不属于置换反应。

为什么不能一步：氧化铜既不溶于水也不与水反应，所以 $\mathrm{CuO + H_2O}$ 这条路不存在；只有活泼金属的氧化物（如氧化钙、氧化钠）才能与水直接化合成碱。两步路线：第一步，让氧化铜与稀硫酸反应生成可溶的盐，$\mathrm{CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O}$，固体溶解、溶液变蓝色；第二步，向硫酸铜溶液中加入氢氧化钠溶液，$\mathrm{CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4}$，出现蓝色沉淀，过滤洗涤即得氢氧化铜。

两点提醒与推广：① 第二步的氢氧化钠要适量或稍过量，过少则硫酸铜没反应完，混在沉淀里洗不干净；② 洗涤沉淀要用蒸馏水沿玻璃棒多次淋洗。推广到一般结论：不活泼金属的氧化物想变成碱，通用路线都是「先与酸变成盐，再与碱溶液变成不溶碱」，氧化铁变氢氧化铁走的也是同一条路。

第一步 · 写出并配平化学方程式：$\mathrm{2CuO + C \xrightarrow{\text{高温}} 2Cu + CO_2\uparrow}$。注意氧化铜前的系数 2 不能漏，否则后面全部数据都错。第二步 · 标出已知量与待求量的质量关系。$2\mathrm{CuO}$ 为 $2 \times 80 = 160$，$\mathrm{C}$ 为 12，$2\mathrm{Cu}$ 为 $2 \times 64 = 128$，$\mathrm{CO_2}$ 为 44。设生成铜 $x$、需木炭 $y$、生成二氧化碳 $z$：

$2\mathrm{CuO} : \mathrm{C} : 2\mathrm{Cu} : \mathrm{CO_2} = 160 : 12 : 128 : 44 \qquad 16\ \text{g} : y : x : z$

第三步 · 列比例式求铜：$\dfrac{160}{128} = \dfrac{16\ \text{g}}{x}$，解得 $x = \dfrac{128 \times 16}{160} = 12.8\ \text{g}$。第四步 · 求木炭：$\dfrac{160}{12} = \dfrac{16\ \text{g}}{y}$，解得 $y = \dfrac{12 \times 16}{160} = 1.2\ \text{g}$。第五步 · 求二氧化碳：$\dfrac{160}{44} = \dfrac{16\ \text{g}}{z}$，解得 $z = \dfrac{44 \times 16}{160} = 4.4\ \text{g}$。第六步 · 检验单位与合理性：单位均为克；铜 $12.8$ 克小于氧化铜 $16$ 克（失去了氧元素），合理；再用质量守恒验算，$16 + 1.2 = 17.2 = 12.8 + 4.4$，完全吻合。答：生成铜 $12.8$ 克，需木炭 $1.2$ 克，生成二氧化碳 $4.4$ 克。实际提醒：题目问「至少需要」，是因为实际操作中木炭要稍过量，以保证氧化铜被全部还原。