Question

【題目】天然氣的主要成分是甲烷（CH4）。

I．化學(xué)興趣小組的同學(xué)對甲烷燃燒的產(chǎn)物產(chǎn)生了興趣：

【提出問題】甲烷燃燒后生成哪些物質(zhì)？

【查閱資料】含碳元素的物質(zhì)完全燃燒生成CO2，不完全燃燒生成CO；無水CuSO4遇水變藍(lán)。

【猜想與假設(shè)】甲 CO2、H2O；乙 CO、H2O；丙 NH3、CO2、H2O；丁 CO2、CO、H2O。

你認(rèn)為 同學(xué)的猜想是錯誤的，理由是 。

【實(shí)驗(yàn)探究】為了驗(yàn)證上述猜想與假設(shè)，將甲烷在一定量的O2中燃燒的產(chǎn)物依次通過如圖所示裝置：

（1）A、B裝置的順序能否顛倒？ （填“能”或“否”）。

（2）實(shí)驗(yàn)中用純凈O2而不用空氣的原因是 。

（3）實(shí)驗(yàn)中觀察到A中無水CuSO4變藍(lán)，B、D中澄清石灰水變渾濁，C中紅色粉末變成黑色，由此推斷 同學(xué)猜想成立。

（4）請寫出C中紅色粉末變成黑色的化學(xué)方程式： 。

【反思與交流】為避免有毒的CO污染環(huán)境，所以含碳元素的物質(zhì)燃燒必須滿足的條件是

。

II．甲、乙兩位同學(xué)在學(xué)習(xí)甲烷性質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)甲烷與氫氣和一氧化碳性質(zhì)上有很多相似之處，如密度比空氣小，難溶于水，具有可燃性等。但H2和CO具有還原性，那么甲烷有沒有還原性呢？為了驗(yàn)證甲烷是否具有還原性，乙同學(xué)設(shè)計以下實(shí)驗(yàn)裝置并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

【實(shí)驗(yàn)裝置】

【實(shí)驗(yàn)步驟】（假設(shè)藥品都是足量的）

① 分別稱量裝置A、B、C的質(zhì)量

② 再次分別稱量裝置A、B、C的質(zhì)量

③ 向玻璃管中裝入CuO通一段時間的CH4

④ 停止加熱，繼續(xù)通入CH4至冷卻到室溫

⑤ 緩緩?fù)ㄈ胱懔康腃H4，加熱裝置A，使其充分反應(yīng)

其合理的操作順序是 （填序號）。

甲同學(xué)認(rèn)為還缺少一個步驟，缺少的步驟是 。

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】乙同學(xué)按照正確的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)

① 裝置A中的黑色粉末變紅；裝置B中白色粉末變藍(lán)；裝置C中石灰水變渾濁

② 稱量數(shù)據(jù)如表所示．

	A中玻璃管（含藥品）質(zhì)量	裝置B的質(zhì)量	裝置C的質(zhì)量
反應(yīng)前	150g	156.6g	256.8g
反應(yīng)后	147.2g	158.4g	257.9g

【現(xiàn)象分析與數(shù)據(jù)處理】

根據(jù)裝置A、B、C中的現(xiàn)象可推知，CH4與CuO充分反應(yīng)后的產(chǎn)物依次是 、 、 。

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】

① CH4 （填“有”或“沒有”）還原性。

② 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，甲同學(xué)提出甲烷與氧化銅的產(chǎn)物中還含有 ，試通過計算說明 。

③ 裝置A中發(fā)生的反應(yīng)方程式為 。

Answer 1

【答案】I【猜想與假設(shè)】丙、化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變而反應(yīng)前不含氮元素，生成物中不可能生成氨氣

【實(shí)驗(yàn)探究】（1）否（2）空氣中含有CO2和H2O（干擾對產(chǎn)物的鑒別）

（3）B中石灰水變渾濁（4）CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O

【反思與交流】氧氣充足

II．【實(shí)驗(yàn)步驟】③①⑤④②。檢查裝置氣密性。

【現(xiàn)象分析與數(shù)據(jù)處理】Cu、H2O、CO2。

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】①有。②CO。③2CH4+7CuO△7Cu+4H2O+CO2+CO

【解析】

試題分析：I【猜想與假設(shè)】根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變，反應(yīng)物中是甲烷和氧氣，不含有氮元素，生成物中不可能生成氨氣，所以丙假設(shè)錯誤；

【實(shí)驗(yàn)探究】（1）如果順序顛倒，由于石灰水中有水，就不能證明混合氣體中是否有水；

（2）由于空氣中含有水分和二氧化碳，用空氣就無法驗(yàn)證混合氣體中是否含有水和二氧化碳，因?yàn)榈降资腔旌蠚怏w中的水和二氧化碳，還是空氣中的水和二氧化碳，無法確定；

（3）A中無水CuSO4變藍(lán)說明混合氣體中有水，B中石灰水變渾濁說明混合氣體中含有二氧化碳，B中石灰水有兩個作用：驗(yàn)證二氧化碳的存在，除去二氧化碳；D中澄清石灰水變渾濁，C中紅色粉末變成黑色說明具有還原性氣體，且與氧化鐵反應(yīng)能生成二氧化碳，所以說明混合氣體中含有一氧化碳；（4）B中澄清石灰水變渾濁的反應(yīng)物是氫氧化鈣和二氧化碳，生成物是碳酸鈣沉淀和水

【反思與交流】氧氣充足

II．【實(shí)驗(yàn)步驟】在連接好儀器后需要檢查裝置的氣密性，防止裝置漏氣；根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要通過質(zhì)量的改變得出結(jié)論，因此需要先分別稱量裝置A、B、C的質(zhì)量；向玻璃管中裝入CuO通一段時間的CH4，以排凈裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸；然后緩緩?fù)ㄈ胱懔康腃H4，加熱裝置A，使其充分反應(yīng)；等反應(yīng)完再停止加熱，繼續(xù)通入CH4至冷卻到室溫，防止銅重新被氧化；最后再次分別稱量裝置A、B、C的質(zhì)量，通過數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行計算；故順序?yàn)?/span>③①⑤④②。；

【現(xiàn)象分析與數(shù)據(jù)處理】根據(jù)裝置A中的黑色粉末變紅；裝置B中白色粉末變藍(lán)；裝置C中石灰水變渾濁對產(chǎn)物，說明分別產(chǎn)生了Cu H2O CO2；

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】①通過實(shí)驗(yàn)說明甲烷具有還原性；根據(jù)質(zhì)量守恒定律，生成的二氧化碳中碳元素的質(zhì)量為0.3g，生成的水中氫元素的質(zhì)量為0.2g，C：H=3：2 而甲烷中C：H=4：1，因此還生成CO，

②通過實(shí)驗(yàn)及計算甲烷和氧化銅加熱生成了銅、水、二氧化碳和一氧化碳，故反應(yīng)的方程式為：2CH4+7CuO△7Cu+4H2O+CO2+CO