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(yīng)．甲烷具有還原性，在加熱條件下與氧化銅發(fā)生反應(yīng)，生成銅、水和二氧化碳．
某化學(xué)小組為驗(yàn)證甲烷的組成，設(shè)計(jì)了如圖所示實(shí)驗(yàn)．該實(shí)驗(yàn)裝置氣密性良好，實(shí)驗(yàn)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(huì)變藍(lán)色．
（1）實(shí)驗(yàn)步驟：
I．通入甲烷氣體．
II．點(diǎn)燃酒精燈加熱，反應(yīng)一段時(shí)間后，停止加熱．
III．繼續(xù)通甲烷至玻璃管冷卻．
（2）有關(guān)現(xiàn)象：
①A中黑色固體變紅色；②中C中未見變藍(lán)色；③E中未見出現(xiàn)渾濁．
（3）有關(guān)數(shù)據(jù)：

	A中玻璃管及物質(zhì)總質(zhì)量/g	B裝置及物質(zhì)總質(zhì)量/g	D裝置及物質(zhì)總質(zhì)量/g
反應(yīng)前	108.0	212.0	131.0
反應(yīng)后	106.4	212.9	132.1

請回答下列問題：
（1）實(shí)驗(yàn)室若用無水醋酸鈉固體和堿石灰混合加熱制取甲烷，則發(fā)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(xué)方程式為CH₄+4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Cu+2H₂O+CO₂．
（3）實(shí)驗(yàn)過程中通入甲烷的作用各不相同．步驟I是排盡除去裝置中的空氣；步驟II是還原氧化銅；步驟III是將生成的氣體全部排出，減小實(shí)驗(yàn)誤差．
（4）請根據(jù)該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列計(jì)算式，證明甲烷中不含氧元素．相關(guān)計(jì)算式為108.0g-106.4g=（212.9g-212.0g）×$\frac{16}{18}$×100%+（131.1g-131.0g）×$\frac{32}{44}$×100%=1.6g．

Answer 1

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

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)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(fā)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(fā)生反應(yīng)，生成銅、水和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式是：CH₄+4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Cu+2H₂O+CO₂．
（3）實(shí)驗(yàn)過程中通入甲烷的作用各不相同．由于甲烷是可燃性的氣體與空氣的混合氣體在點(diǎn)燃時(shí)易發(fā)生爆炸，所以步驟Ⅰ通入甲烷的作用是排盡除去裝置中的空氣； 由于反應(yīng)完后的裝置中有殘留的二氧化碳、水蒸氣，所以步驟Ⅱ中通入甲烷的作用是將生成的氣體全部排出，減小實(shí)驗(yàn)誤差．
（4）由A中玻璃管及物質(zhì)總質(zhì)量可知，減少的質(zhì)量就是氧元素的質(zhì)量為：108.0g-106.4g=1.6g，
生成的二氧化碳和水中氧元素的質(zhì)量為：（212.9g-212.0g）×$\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{\;\;△\;\;}}{\;}$4Cu+2H₂O+CO₂；（3）排盡除去裝置中的空氣；將生成的氣體全部排出，減小實(shí)驗(yàn)誤差；（4）108.0g-106.4g=（212.9g-212.0g）×$\frac{16}{18}$×100%+（131.1g-131.0g）×$\frac{32}{44}$×100%=1.6g．

點(diǎn)評(píng) 本題以實(shí)驗(yàn)探究的形式考查常見甲烷、二氧化碳和水蒸氣的性質(zhì)，同學(xué)們要具有綜合的化學(xué)知識(shí)才能做好此題．