Question

5．工業(yè)上常用甲烷和水蒸氣在高溫條件下反應(yīng)制得CO和H₂，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH₄+H₂O（氣）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+3H₂，反應(yīng)后得到的混合氣體被稱為合成氣．某興趣小組的同學(xué)利用甲烷及新制得的合成氣進(jìn)行一系列的探究實(shí)驗(yàn)．
【探究一】經(jīng)查閱資料知道：甲烷不與酸堿溶液反應(yīng)，且具有還原性，還原氧化銅的化學(xué)方程式為：CH₄+4CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂O+CO₂+4Cu．該小組同學(xué)用檢驗(yàn)氣體產(chǎn)物的方法驗(yàn)證甲烷的還原性，他們擬用純凈的甲烷氣體和如圖1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

（1）如圖裝置的正確連接順序是DACB（填字母）．

（2）裝置優(yōu)化：經(jīng)過討論，同學(xué)們認(rèn)為裝置E后還應(yīng)接尾氣處理裝置．
（3）步驟現(xiàn)象：①連接好裝置并檢查氣密性；②裝入藥品，通入一段時(shí)間合成氣；③分別稱量裝置D、E的質(zhì)量；④緩緩?fù)ㄈ牒铣蓺猓�加熱裝置C，使其充分反應(yīng)；⑤停止加熱，繼續(xù)通入合成氣至恢復(fù)到室溫；⑥再次分別稱量裝置D、E的質(zhì)量．該小組的同學(xué)按上述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)裝置C中出現(xiàn)紅色物質(zhì)，稱量數(shù)據(jù)如下表所示：

	裝置D的質(zhì)量	裝置E的質(zhì)量
反應(yīng)前	292.4g	198.2g
反應(yīng)后	296.0g	201.5g

（4）數(shù)據(jù)分析：同學(xué)們認(rèn)真分析了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)性質(zhì)，認(rèn)為是新制得的合成氣中的CO、H₂、CH₄（填氣體化學(xué)式）還原了氧化銅．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)驗(yàn)證生成物的順序進(jìn)行分析，先驗(yàn)證生成水，再驗(yàn)證生成二氧化碳．
（2）一氧化碳有毒，與氫氧化鈉溶液不反應(yīng)，所以此時(shí)在裝置末端點(diǎn)燃酒精燈進(jìn)行尾氣處理．
（3）反應(yīng)后裝置C中黑色的氧化銅逐漸變?yōu)榧t色的銅．
（4）分析表中數(shù)據(jù)可知生成物中CO₂、H₂O的質(zhì)量，采用極端分析法討論若全部是CO和H₂參與反應(yīng)得到的CO₂、H₂O的質(zhì)量比與全部是甲烷參與反應(yīng)得到的二者相比較來分析．

解答 解：（1）先驗(yàn)證生成水，再驗(yàn)證生成二氧化碳，以防氣體通過石灰水時(shí)帶出水蒸氣從而影響水的驗(yàn)證，故填：DACB．
（2）裝入藥品，通人一段時(shí)間合成氣的目的是排出試管中的空氣，防止發(fā)生爆炸，該部分氣體并未用于還原氧化銅．而一氧化碳有毒，與氫氧化鈉溶液不反應(yīng)，所以此時(shí)在裝置末端點(diǎn)燃酒精燈進(jìn)行尾氣處理，防止污染大氣，故填：接尾氣處理裝置．
（3）反應(yīng)后裝置C中黑色的氧化銅逐漸變?yōu)榧t色的銅，所以裝置C中的固體是銅，為紅色，故填：紅．
（4）如果只有CO和H₂，還原足量CuO，合成氣中CO與H₂的分子個(gè)數(shù)比為1：3．生成物中碳元素與氫元素的質(zhì)量比為2：1；如果只有CH₄還原足量CuO，生成物中碳元素與氫元索的質(zhì)量比為3：1．現(xiàn)測得CO₂的質(zhì)量：201.5g-198.2g=3.3g，H₂0的質(zhì)量：296.0g-292.4g=3.6g
生成物中碳元素與氫元素的質(zhì)量比：（3.3g×$\frac{12}{44}$）：（3.6g×$\frac{2}{18}$）=9：4，9；4介于2：1和3：1之間，由此可推測出，除了CO和H₂以外，制得的合成氣中可能還有未反應(yīng)的CH₄，且CH₄也還原了CuO．
故答案為：CO、H₂、CH₄．

點(diǎn)評 本題是一道較為綜合的實(shí)驗(yàn)探究題，可以很好的培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的能力，要依據(jù)題目所給的信息細(xì)心分析解答．