Question

【题目】甲，乙两位同学在学习甲烷性质时，发现甲烷与氢气和一氧化碳性质上有很多相似之处，如密度比空气小，难溶于水，具有可燃性等。H2和CO具有还原性，那么甲烷有没有还原性呢？为了验证甲烷是否具有还原性，乙同学设计如图所示装置并进行实验：

[实验装置]

[实验步骤]（假设药品都是足量的）

①分别称量装置A，B，C的质量；

②再次分别称量装置A，B，C的质量；

③向玻璃管中装入CuO，通入一段时间的CH4；

④停止加热，继续通入CH4至冷却到室温；

⑤缓缓通入足量的CH4，加热装置A，使其充分反应。

其合理的操作顺序是_____（填序号）。甲同学认为还缺少一个步骤，缺少的步骤是_____。

[进行实验]乙同学按照正确的步骤进行实验，并记录了实验现象和数据：

装置A中的黑色粉末变红；装置B中白色粉末变蓝；装置C中石灰水变浑浊；称量数据如表所示。

	A中玻璃管（含药品）质量	装置B的质量	装置C的质量
反应前	150 g	156.6 g	256.8 g
反应后	147.2 g	158.4 g	257.9 g

[现象分析与数据处理]

根据装置A，B，C中的现象可推知，CH4与CuO充分反应后的产物依次是_____。

[实验结论]

（1）CH4 _____（填“有”或“没有”）还原性；

（2）根据实验数据，甲同学提出甲烷与氧化铜反应的产物中还含有_____；

（3）装置A中发生的反应化学方程式为_____。

Answer 1

【答案】①③⑤④② 检查装置的气密性 Cu、H2O、CO2 有 CO

【解析】

[实验步骤]

按照如图所示的装置连接仪器后，后需要检查装置的气密性，防止装置漏气从而干扰实验。根据实验需要通过质量的改变得出结论，因此需要先分别称量装置A，B，C的质量。向玻璃管中装入CuO，通一段时间的CH4，以排净装置内的空气，防止加热时发生爆炸。然后缓缓通入足量的CH4，加热装置A，使其充分反应。等反应完再停止加热，继续通入CH4至冷却到室温，防止铜重新被氧化。最后再次分别称量装置A，B，C的质量，通过数据的变化进行计算。所以顺序为①③⑤④②。故答案为：①③⑤④②、检查装置的气密性；

[现象分析与数据处理]

装置A中的黑色粉末变红，证明生成了铜。装置B中白色粉末变蓝，证明生成了水。装置C中石灰水变浑浊，证明生成了二氧化碳。则可以推测出充分反应后的产物依次是Cu、H2O、CO2。故答案为：Cu、H2O、CO2；

[实验结论]

（1）通入甲烷后，氧化铜被还原为铜单质，则可以证明出甲烷、一氧化碳、氢气都具有还原性。故答案为：有；

（2）根据质量守恒定律可知，生成二氧化碳中碳元素的质量为：（257.9g-256.8g）×=0.3g。生成的水中氢元素的质量为：（158.4g-156.6g）×=0.2g。则碳、氢元素的质量比为：0.3g：0.2g=3:2。而甲烷中，C：H=4:1，因此可知，还生成了一氧化碳。故答案为：CO；

（3）通过实验及计算可知，甲烷和氧化铜加热生成了铜、水、二氧化碳和一氧化碳，所以反应的方程式为：。