Question

一碳化學(xué)是以分子中只含一個碳原子的化合物（如CO、CH₄等）為原料來合成一系列化工原料和燃料的化學(xué)．
（1）工業(yè)上用天然氣和水蒸氣在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)，得到CO和H₂，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

CH₄+H₂O

高溫  .

CO+3H₂

，得到的CO和H₂的混合氣被稱為合成氣，合成氣在工業(yè)上可用于合成一系列化工原料和新型燃料，還可用于冶煉某些金屬．
（2）某他學(xué)興趣小組的同學(xué)在實(shí)驗室模擬了合成氣的制備，并設(shè)計實(shí)驗驗證合成氣的還原性．
I．用甲烷和水蒸氣在高溫條件下反應(yīng)得到合成氣．根據(jù) （1）中所寫的化學(xué)方程式．合成氣中CO和H₂的質(zhì)量比為

14：3

．
Ⅱ．用合成氣還原足量氧化銅．實(shí)驗裝置如圖所示：

[設(shè)計實(shí)驗步驟]
①連接好裝置并檢查氣密性．
②裝入藥品，通人一段時間合成氣．
③分別稱量裝置D、E的質(zhì)量．
④緩緩?fù)ㄈ牒铣蓺�，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．
[完善實(shí)驗設(shè)計]經(jīng)過討論同學(xué)們認(rèn)為，裝置E后還應(yīng)添加一個酒精燈，并在實(shí)驗步驟

②

（填實(shí)驗步驟的序號）中點(diǎn)燃（點(diǎn)燃前應(yīng)對氣體驗純）．
[進(jìn)行實(shí)驗]該小組的同學(xué)按上述步驟進(jìn)行實(shí)驗，并記錄了實(shí)驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)：
①裝置C中出現(xiàn)

紅

色物質(zhì)．
②稱量數(shù)據(jù)如左表所示．

	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

[現(xiàn)象分析和數(shù)據(jù)處理]
①甲同學(xué)根據(jù)裝置C中的現(xiàn)象，認(rèn)為是合成氣中的CO和H₂還原了CuO．
②乙同學(xué)通過對上表數(shù)據(jù)的分析，推測除了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．試通過計算說明他的推測依據(jù)．

該實(shí)驗生成物中碳、氫元素的質(zhì)量比與一氧化碳和氫氣還原氧化銅后碳、氫元素的質(zhì)量比不符

[拓展探究]該小組同學(xué)對于CH₄是否真的能夠還原氧化銅提出了質(zhì)疑并進(jìn)行探究．
查閱資料：甲烷具有還原性，可以還原氧化銅，生成CO₂和H₂O；白色的無水硫酸銅遇水會變成藍(lán)色．
實(shí)驗設(shè)計：該小組同學(xué)擬用純凈的甲烷氣體和如下裝置進(jìn)行實(shí)驗．

①圖中裝置F中盛放的試劑名稱是

澄清的石灰水

．
②圖中裝置的正確連接順序是

HGFI

（填字母，且每套裝置限用一次）．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件書寫方程式；
Ⅰ、依據(jù)方程式中物質(zhì)的質(zhì)量比求解；
Ⅱ．[完善實(shí)驗設(shè)計]可根據(jù)反應(yīng)步驟分析解答；
[進(jìn)行實(shí)驗]
①可根據(jù)氫氣和一氧化碳具有還原性分析解答；
[現(xiàn)象分析和數(shù)據(jù)處理]
②分析表中數(shù)據(jù)可知生成物中二氧化碳和水的質(zhì)量，采用極值法分析．若全部是CO和H₂參與反應(yīng)得到的二氧化碳、水的質(zhì)量比與全部是甲烷參與反應(yīng)得到的二者相比較，并進(jìn)而分析對比碳、氫元素的質(zhì)量比加以判斷；
[拓展探究]
①要證明甲烷參與反應(yīng)，可通過證明反應(yīng)后的生成物來判斷，檢驗二氧化碳用澄清的石灰水；
②根據(jù)反應(yīng)的過程來確定順序，且一般驗證氣體先驗證水蒸氣，因為氣體從溶液中出來會帶來部分水蒸氣．

解答：解：（1）根據(jù)題意，天然氣和水蒸氣在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)，得到CO和H₂，根據(jù)方程式書寫要求該方程式為：CH₄+H₂O

高溫  .

CO+3H₂；
故答案為：CH₄+H₂O

高溫  .

CO+3H_2；
（2）I．根據(jù)化學(xué)方程式中物質(zhì)的質(zhì)量比可知CO和H₂的質(zhì)量比=28：（2×3）=14：3；
故答案為：14：3；
Ⅱ．[完善實(shí)驗設(shè)計]裝入藥品，通人一段時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；
故答案為：②；
[進(jìn)行實(shí)驗]
①氫氣和一氧化碳具有還原性，與氧化銅反應(yīng)生成銅，所以裝置C中黑色的氧化銅逐漸變?yōu)榧t色；
故答案為：紅；
[現(xiàn)象分析和數(shù)據(jù)處理]
②反應(yīng)前后元素的質(zhì)量不變，如果只有一氧化碳和氫氣，還原足量CuO，合成氣中CO與H₂的分子個數(shù)比為1：3，生成物中碳元素與氫元素的質(zhì)量比為12：3×2=2：1；如果只有甲烷還原足量CuO，生成物中碳元素與氫元索的質(zhì)量比為12：4=3：1；
現(xiàn)測得二氧化碳的質(zhì)量：201.5g-198.2g=3.3g，水的質(zhì)量：296.0g一292.4g=3.6g
∴生成物中碳元素與氫元素的質(zhì)量比：（3?3g×

12

44

×100%）：（3.6g×

2

18

×100% ）=9：4；
9；4介于2：1和3：1之間，由此可推測出，除了一氧化碳和氫氣以外，制得的合成氣中可能還有來反應(yīng)的甲烷，且甲烷也還原了CuO；
故答案為：該實(shí)驗生成物中碳、氫元素的質(zhì)量比與一氧化碳和氫氣還原氧化銅后碳、氫元素的質(zhì)量比不符；
[拓展探究]
①要證明甲烷還原氧化銅，只要證明生成物中有二氧化碳和水生成即可，所以F裝置應(yīng)是檢驗生成二氧化碳的，用澄清石灰水；
故答案為：澄清的石灰水；
②分析該實(shí)驗的目的可知實(shí)驗中各裝置的用途分別是：裝置H是還原CuO，G是用來證明水的生成，F(xiàn)是證明二氧化碳生成，I是處理尾氣，所以順序為HGFI；
故答案為：HGFI

點(diǎn)評：本題是一道較為綜合的實(shí)驗探究題，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．