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    19．天然气的主要成分是甲烷（CH4）．
    I．化学兴趣小组的同学对甲烷燃烧的产物产生了兴趣：
    【提出问题】甲烷燃烧后生成哪些物质？
    【查阅资料】含碳元素的物质完全燃烧生成CO2，不完全燃烧生成CO；无水CuSO4遇水变蓝．
    【猜想与假设】甲 CO2、H2O；乙 CO、H2O；丙 NH3、CO2、H2O；丁 CO2、CO、H2O．
    你认为丙同学的猜想是错误的，理由是化学反应前后元素的种类不变而反应前不含氮元素，生成物中不可能生成氨气．
    【实验探究】为了验证上述猜想与假设，将甲烷在一定量的O2中燃烧的产物依次通过如图1所示装置：

    （1）A、B装置的顺序能否颠倒？否（填“能”或“否”）．
    （2）实验中用纯净O2而不用空气的原因是空气中含有CO2和H2O干扰对产物的鉴别．
    （3）实验中观察到A中无水CuSO4变蓝，B、D中澄清石灰水变浑浊，C中红色粉末变成黑色，由此推断丁同学猜想成立．
    （4）请写出C中红色粉末变成黑色的化学方程式：Fe2O3+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2Fe+3CO2．
    【反思与交流】为避免有毒的CO污染环境，所以含碳元素的物质燃烧必须满足的条件是氧气充足．
    Ⅱ．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．但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，乙同学设计以下实验装置并进行实验：
    【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①③⑤④②（填序号）．甲同学认为还缺少一个步骤，缺少的步骤是甲烷中含有氢元素．
    【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
    ①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
    ②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150g156.6g256.8g
    反应后147.2g158.4g257.9g
    【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Cu、H2O、CO2．
    【实验结论】①CH4有（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的产物中还含有CO．
    ③装置A中发生的反应方程式为2CH4+7CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+4H2O+CO+CO2 ．

    分析 I．【猜想与假设】：根据质量守恒定律考虑；
    【实验探究】
    （1）根据颠倒后的后果考虑；
    （2）根据空气与纯净氧气的区别考虑；
    （3）根据无水CuSO4变蓝，B、D中澄清石灰水变浑浊，C中红色粉末变成黑色分析出气体成分；
    （4）根据方程式的写法考虑．
    Ⅱ．【设计实验步骤】根据实验的注意事项及结合一氧化碳实验的步骤分析：检查装置的气密性→通气→加热→停气；
    【现象分析与数据处理】根据装置A中的黑色粉末变红；装置B中白色粉末变蓝；装置C中石灰水变浑浊对产物作出判断；
    【实验结论】根据实验得出结论；根据表格物质的作用及数据推测产物并写出反应的方程式．

    解答 解：
    I．【猜想与假设】
    根据质量守恒定律可知化学反应前后元素的种类不变，反应物中是甲烷和氧气，不含有氮元素，生成物中不可能生成氨气，所以丙假设错误；
    【实验探究】
    （1）如果顺序颠倒，由于石灰水中有水，就不能证明混合气体中是否有水；
    （2）由于空气中含有水分和二氧化碳，用空气就无法验证混合气体中是否含有水和二氧化碳，因为到底是混合气体中的水和二氧化碳，还是空气中的水和二氧化碳，无法确定；
    （3）A中无水CuSO4变蓝说明混合气体中有水，B中石灰水变浑浊说明混合气体中含有二氧化碳，B中石灰水有两个作用：验证二氧化碳的存在，除去二氧化碳；D中澄清石灰水变浑浊，C中红色粉末变成黑色说明具有还原性气体，且与氧化铁反应能生成二氧化碳，所以说明混合气体中含有一氧化碳；
    （4）B中澄清石灰水变浑浊的反应物是氢氧化钙和二氧化碳，生成物是碳酸钙沉淀和水，碳酸钙后面标上沉淀符号；C中红色粉末变成黑色的反应物是一氧化碳和氧化铁，生成物是铁和二氧化碳，用得失氧进行配平，反应条件是高温，写在等号的上边．由于可燃物不完全燃烧能生成一氧化碳，污染环境，所以要让可燃物完全燃烧，所以需要充足的氧气．
    Ⅱ．【设计实验步骤】在连接好仪器后需要检查装置的气密性，防止装置漏气；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；故顺序为；①③⑤④②；
    【现象分析与数据处理】根据装置A中的黑色粉末变红；装置B中白色粉末变蓝；装置C中石灰水变浑浊对产物，说明分别产生了Cu  H2O  CO2；
    【实验结论】①通过实验说明甲烷具有还原性；根据质量守恒定律，生成的二氧化碳中碳元素的质量为0.3g，生成的水中氢元素的质量为0.2g，C：H=3：2 而甲烷中C：H=4：1，因此还生成CO；
    ②通过实验及计算甲烷和氧化铜加热生成了铜、水、二氧化碳和一氧化碳，故反应的方程式为：2CH4+7CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+4H2O+CO+CO2．
    故答案为：
    I．【猜想与假设】
    丙、化学反应前后元素的种类不变而反应前不含氮元素，生成物中不可能生成氨气；
    【实验探究】
    （1）否；                       
    （2）空气中含有CO2和H2O干扰对产物的鉴别；
    （3）丁；                                  
    （4）Fe2O3+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$  2Fe+3CO2；
    [反思与交流]氧气充足．
    Ⅱ．【设计实验步骤】①③⑤④②；检查装置的气密性
    【现象分析与数据处理】Cu H2O CO2；
    【实验结论】①有；CO；
    ②2CH4+7CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+4H2O+CO+CO2

    点评 本题是关于甲烷的还原性的实验探究，考查了质量守恒定律的运用及实验的步骤、物质的性质等，可依据一氧化碳还原氧化铁的步骤及实验的注意事项完成，难度较大．

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    实验操作实验现象实验结论
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