Question

【題目】一碳化學是以分子中只含一個碳原子的化合物（如CO、CH4等）為原料來合成一系列化工原料和燃料的化學。

（1）工業(yè)上用天然氣和水蒸氣在高溫條件下發(fā)生反應，得到CO和H2，該反應的化學方程式為_____，得到的CO和H2的混合氣被稱為合成氣，合成氣在工業(yè)上可用于合成一系列化工原料和新型燃料，還可用于冶煉某些金屬。

（2）某他學興趣小組的同學在實驗室模擬了合成氣的制備，并設計實驗驗證合成氣的還原性。

I．用甲烷和水蒸氣在高溫條件下反應得到合成氣。根據(jù)（1）中所寫的化學方程式。合成氣中CO和H2的質量比為_____。

Ⅱ．用合成氣還原足量氧化銅。實驗裝置如圖所示：

（設計買驗步驟）

①連接好裝置并檢查氣密性。

②裝入藥品，通入一段時間合成氣。

③分別稱量裝置D、E的質量。

④緩緩通入合成氣，加熱裝置C，使其充分反應。

⑤停止加熱，繼續(xù)通入合成氣至恢復到室溫。

⑥再次分別稱量裝置D、E的質量。

（完善實驗設計）經過討論同學們認為，裝置E后還應添加一個酒精燈，并在實驗步驟_____（填實驗步驟的序號）中點燃（點燃前應對氣體驗純）。

（進行實驗）該小組的同學按上述步驟進行實驗，并記錄了實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)：

①裝置C中出現(xiàn)_____色物質。

②稱量數(shù)據(jù)如表所示。

	裝置D的質量	裝置E的質量
反應前	292.4g	198.2g
反應后	296.0g	201.5g

（現(xiàn)象分析和數(shù)據(jù)處理）

①甲同學根據(jù)裝置C中的現(xiàn)象，認為是合成氣中的CO和H2還原了CuO。

②乙同學通過對上表數(shù)據(jù)的分析，推測除了CO和H2以外，制得的合成氣中可能還有未反應的CH4，且CH4也還原了CuO．試通過計算說明他的推測依據(jù)_____。

③丙同學提出，實驗步驟⑤中通入的氣體會帶走裝置E中的部分水蒸氣，使實驗產生誤差。你認為該誤差對乙同學的推測結果是否有影響？_____（選填“是”或“否”，并說明理由）。

（拓展探究）該小組同學對于CH4是否真的能夠還原氧化銅提出了質疑并進行探究。

查閱資料：甲烷具有還原性，可以還原氧化銅，生成CO2和H2O；白色的無水硫酸銅遇水會變成藍色。

實驗設計：該小組同學擬用純凈的甲烷氣體和如下裝置進行實驗。

①如圖裝置F中盛放的試劑名稱是_____。

②如圖裝置的正確連接順序是_____（填字母，且每套裝置限用一次）。

（實驗反思）除了可能是CH4也還原了CuO外，出現(xiàn)上表數(shù)據(jù)關系還可能是因為_____（寫出一個原因，并說明理由）。

Answer 1

【答案】CH4+H2OCO+3H2 14：3 ② 紅 見解析 否。因為帶走水蒸氣，將會導致E裝置的質量增加減小，從而會使測得的CO2質量偏低，（二氧化碳的質量就是兩次稱量E裝置的質量差），而實際測得的生成物中碳、氫元素的質量比已經大于2：1，所以對推測結果無影響 澄清石灰水 H G F I 根據(jù)化學反應方程式計算，碳氫元素質量比是2：1，而根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算，碳氫質量比大于2：1．所以推測，可能是氫氣未反應完，或生成的水未完全吸收。

【解析】

（1）根據(jù)題意，生成物是CO和H2，條件是高溫，根據(jù)方程式書寫要求可以寫出。CH4+H2OCO+3H2

（2）I．根據(jù)化學方程式知CO和H2的質量比＝28：（2×3）＝14：3

Ⅱ．[完善實驗設計]分析所用各裝置中的反應條件可知，裝置C中氫氣和氧化銅反應需要加熱，對應實驗步驟為②。

[進行實驗]

①反應后裝置C中黑色的氧化銅逐漸變?yōu)榧t色的銅，所以裝置C中的固體是銅，為紅色。

[現(xiàn)象分析和數(shù)據(jù)處理]

②如果只有CO和H2，還原足量CuO，合成氣中CO與H2的分子個數(shù)比為1：3．生成物中碳元素與氫元素的質量比為2：1；如果只有CH4還原足量CuO，生成物中碳元素與氫元索的質量比為3：1．現(xiàn)測得CO2的質量：201.5g﹣198.2g＝3.3g，H2O的質量：296.0g一292.4g＝3.6g

生成物中碳元素與氫元素的質量比：，9；4介于2：1和3：1之間，由此可推測出，除了CO和H2以外，制得的合成氣中可能還有來反應的CH4，且CH4也還原了CuO

③否。因為帶走水蒸氣會使測得的CO2質量偏低，而實際測得的生成物中碳、氫元素的質量比已經大于2：1，所以對推測結果無影響。

[拓展探究]要證明甲烷還原氧化銅，只要證明生成物中有CO2和H2O生成即可，所以F裝置應是檢驗CO2生成的，用澄清石灰水。裝置H是還原CuO，G是用來證明水的生成，F是證明二氧化碳生成，I是處理尾氣，所以順序為HGFI。

[實驗反思]因為本題是定量性實驗，反應物是混合物，在以上的討論中對反應物參加的可能性進行了分析證明，影響生成物的質量變化的還有參加反應的物質質量大小以及反應過程中是否全部參與反應。所以可以從這兩方面進行分析證明。