Question

3．甲烷（CH₄）氣體難溶于水，不與濃硫酸、硫酸銅、堿石灰（氫氧化鈉和氧化鈣的固體混合物）、澄清石灰水等起反應．甲烷具有還原性，在加熱條件下與氧化銅發生反應，生成銅、水和二氧化碳．
某化學小組為驗證甲烷的組成，設計了如圖所示實驗．該實驗裝置氣密性良好，實驗中所用試劑均足量．

已知裝置B、C、D、E中分別盛有濃硫酸、白色無水CuSO₄固體、堿石灰、澄清石灰水，而且已知白色無水CuSO₄固體遇水會變藍色．
（1）實驗步驟：
I．通入甲烷氣體．
II．點燃酒精燈加熱，反應一段時間后，停止加熱．
III．繼續通甲烷至玻璃管冷卻．
（2）有關現象：
①A中黑色固體變紅色；②中C中未見變藍色；③E中未見出現渾濁．
（3）有關數據：

	A中玻璃管及物質總質量/g	B裝置及物質總質量/g	D裝置及物質總質量/g
反應前	108.0	212.0	131.0
反應后	106.4	212.9	132.1

請回答下列問題：
（1）實驗室若用無水醋酸鈉固體和堿石灰混合加熱制取甲烷，則發生裝置類型與C相同．
A．用石灰石與稀鹽酸制二氧化碳B．用過氧化氫制氧氣C．用高錳酸鉀制氧氣
（2）甲烷還原氧化銅的化學方程式為CH₄+4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Cu+2H₂O+CO₂．
（3）實驗過程中通入甲烷的作用各不相同．步驟I是排盡除去裝置中的空氣；步驟II是還原氧化銅；步驟III是將生成的氣體全部排出，減小實驗誤差．
（4）請根據該實驗數據列計算式，證明甲烷中不含氧元素．相關計算式為108.0g-106.4g=（212.9g-212.0g）×$\frac{16}{18}$×100%+（131.1g-131.0g）×$\frac{32}{44}$×100%=1.6g．

Answer 1

分析 （1）根據反應物的狀態和反應條件確定發生裝置；
（2）根據甲烷還原氧化銅的反應，寫出反應的化學方程式；
（3）步驟Ⅰ、根據甲烷是可燃性的氣體與空氣的混合氣體在點燃時易發生爆炸分析回答；
步驟Ⅱ、根據裝置中有殘留的二氧化碳水蒸氣等分析；
（4）根據生成的二氧化碳中氧元素的質量和生成的水中氧元素的質量等于氧化銅中氧元素的質量分析．

解答 解：（1）實驗室若用無水醋酸鈉固體和堿石灰混合加熱制取甲烷，屬于加熱固體制取氣體，發生裝置類型與用高錳酸鉀制氧氣相同．
（2）由題意可知，甲烷具有還原性，在加熱條件下與氧化銅發生反應，生成銅、水和二氧化碳，反應的化學方程式是：CH₄+4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Cu+2H₂O+CO₂．
（3）實驗過程中通入甲烷的作用各不相同．由于甲烷是可燃性的氣體與空氣的混合氣體在點燃時易發生爆炸，所以步驟Ⅰ通入甲烷的作用是排盡除去裝置中的空氣； 由于反應完后的裝置中有殘留的二氧化碳、水蒸氣，所以步驟Ⅱ中通入甲烷的作用是將生成的氣體全部排出，減小實驗誤差．
（4）由A中玻璃管及物質總質量可知，減少的質量就是氧元素的質量為：108.0g-106.4g=1.6g，
生成的二氧化碳和水中氧元素的質量為：（212.9g-212.0g）×$\frac{16}{18}$×100%+（131.1g-131.0g）×$\frac{32}{44}$×100%=1.6g，所以甲烷中不含有氧元素．
故答為：（1）C；（2）CH₄+4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Cu+2H₂O+CO₂；（3）排盡除去裝置中的空氣；將生成的氣體全部排出，減小實驗誤差；（4）108.0g-106.4g=（212.9g-212.0g）×$\frac{16}{18}$×100%+（131.1g-131.0g）×$\frac{32}{44}$×100%=1.6g．

點評 本題以實驗探究的形式考查常見甲烷、二氧化碳和水蒸氣的性質，同學們要具有綜合的化學知識才能做好此題．