Question

【題目】已知碳化鋁（Al4C3）與水反應生成氫氧化鋁和甲烷。為了探究甲烷性質，某同學設計如下兩組實驗方案：甲方案探究甲烷與氧化劑反應（如圖1所示）；乙方案探究甲烷與氯氣反應的條件（如圖2所示）。

甲方案實驗現象：溴水無顏色變化，無水硫酸銅變藍色，澄清石灰水變渾濁。

乙方案實驗操作過程：通過排飽和食鹽水的方法收集兩瓶甲烷與氯氣（體積比為1∶4）的混合氣體，I瓶放在光亮處，II瓶用預先準備好的黑色紙套套上，按圖2安裝好裝置，并加緊彈簧夾a和b。

（1）碳化鋁與稀硫酸反應的化學方程式為 。

（2）寫出甲方案實驗中硬質試管里可能發生的化學方程式 （實驗測得消耗甲烷與氧化銅物質的量之比2∶7）。

（3）實驗甲中濃硫酸的作用是 ，集氣瓶中收集到的氣體 （填“能”或“不能”）直接排入空氣中？

（4）下列對甲方案實驗中的有關現象與結論的敘述都正確的是（ ）

A．酸性高錳酸鉀溶液不褪色，結論是通常條件下，甲烷不能與強氧化劑反應

B．硬質試管里黑色粉末變紅色，說明氧化銅發生了氧化反應

C．硬質試管里黑色粉末變紅色，推斷氧化銅與甲烷反應只生成水和二氧化碳

D．甲烷不能與溴水反應，推知甲烷不能與鹵素單質反應

（5）乙方案中燒杯里放入足量的水，打開彈簧夾a、b，一段時間后，觀察到有水倒吸到I瓶中，但水并不能充滿I瓶，請寫出該實驗現象所涉及的一個化學方程式 。除了上述現象外，該實驗中還可能觀察到的現象有 （填序號）。

A．I瓶中氣體顏色變淺 B．I瓶中出現白霧

C．I瓶瓶內壁出現油狀物質 D．II瓶中與I瓶現象相同

Answer 1

【答案】（1）Al4C3+6H2SO4=2Al2(SO4)3+3CH4↑

（2）2CH4+7CuO7Cu+CO2+CO+4H2O

（3）干燥甲烷 不能 （4）A

（5）CH4+Cl2CH3Cl+HCl ABC

【解析】

試題分析：（1）已知碳化鋁（Al4C3）與水反應生成氫氧化鋁和甲烷，用設1法配平可得：Al4C3 + 6 H2SO4 = 2 Al2(SO4)3 + 3 CH4↑；（2）由甲方案的目的是探究甲烷與氧化劑反應、實驗測得消耗甲烷與氧化銅物質的量之比2∶7可知，設甲烷的系數為2，先后依據銅、氫、氧、碳原子個數守恒可得：硬質試管里可能發生的化學方程式為2 CH4 + 7 CuO 7 Cu + CO2 + CO + 4 H2O；（3）濃硫酸具有吸水性，且不能與甲烷反應，因此實驗甲中濃硫酸起干燥甲烷的作用；集氣瓶是尾氣處理裝置，其中收集到的不溶于水的氣體主要是CO，CO氣體有毒，不能直接排入空氣；（4）A、酸性高錳酸鉀溶液不褪色，結論是通常條件下，甲烷不能與強氧化劑反應，A正確；B、硬質試管里黑色粉末變紅色，說明氧化銅發生了還原反應，因為銅元素由+2價降低到0價，B錯誤；C、硬質試管里黑色粉末變紅色，推斷氧化銅與甲烷反應不僅僅生成水和二氧化碳，還生成了具有還原性的CO，C錯誤；D、甲烷不能與溴水反應，推知甲烷不能與鹵素單質的水溶液反應，但是甲烷能與純凈的鹵素單質在光照或高溫下發生取代反應，D錯誤；答案選A；（5）乙方案中燒杯里放入足量的水，打開彈簧夾a、b，一段時間后，觀察到有水倒吸到I瓶中，但水并不能充滿I瓶，說明甲烷與氯氣在光照下生成了易溶于水的氯化氫氣體，因此推斷發生了取代反應，如CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl；A、I瓶中氣體顏色變淺，因為黃綠色的氯氣逐漸消耗完全，A正確；B、I瓶中出現白霧，因為生成的氯化氫氣體容易與水蒸氣結合為鹽酸小液滴，B正確；C、I瓶瓶內壁出現油狀物質，因為甲烷與氯氣發生取代反應，生成的一氯甲烷是氣體，二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳是油狀液體，C正確；D、II瓶中與I瓶現象不相同，因為I有光照條件，能發生取代反應，II缺少光照條件，不能發生取代反應，D錯誤；答案選ABC。