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(yīng)，得到CO和H2，該反應(yīng)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(shè)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(yīng)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(zhì)量比為_____。

Ⅱ．用合成氣還原足量氧化銅。實驗裝置如圖所示：

（設(shè)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(zhì)量。

④緩緩?fù)ㄈ牒铣蓺猓�加熱裝置C，使其充分反應(yīng)。

⑤停止加熱，繼續(xù)通入合成氣至恢復(fù)到室溫。

⑥再次分別稱量裝置D、E的質(zhì)量。

（完善實驗設(shè)計）經(jīng)過討論同學們認為，裝置E后還應(yīng)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(yīng)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(zhì)。

②稱量數(shù)據(jù)如表所示。

	裝置D的質(zhì)量	裝置E的質(zhì)量
反應(yīng)前	292.4g	198.2g
反應(yīng)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(yīng)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(chǎn)生誤差。你認為該誤差對乙同學的推測結(jié)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(zhì)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(shè)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(guān)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(dǎo)致E裝置的質(zhì)量增加減小，從而會使測得的CO2質(zhì)量偏低，（二氧化碳的質(zhì)量就是兩次稱量E裝置的質(zhì)量差），而實際測得的生成物中碳、氫元素的質(zhì)量比已經(jīng)大于2：1，所以對推測結(jié)果無影響 澄清石灰水 H G F I 根據(jù)化學反應(yīng)方程式計算，碳氫元素質(zhì)量比是2：1，而根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算，碳氫質(zhì)量比大于2：1．所以推測，可能是氫氣未反應(yīng)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(zhì)量比＝28：（2×3）＝14：3

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

[進行實驗]

①反應(yīng)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(zhì)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(zhì)量比為3：1．現(xiàn)測得CO2的質(zhì)量：201.5g﹣198.2g＝3.3g，H2O的質(zhì)量：296.0g一292.4g＝3.6g

生成物中碳元素與氫元素的質(zhì)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(yīng)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(zhì)量偏低，而實際測得的生成物中碳、氫元素的質(zhì)量比已經(jīng)大于2：1，所以對推測結(jié)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(yīng)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(yīng)物是混合物，在以上的討論中對反應(yīng)物參加的可能性進行了分析證明，影響生成物的質(zhì)量變化的還有參加反應(yīng)的物質(zhì)質(zhì)量大小以及反應(yīng)過程中是否全部參與反應(yīng)。所以可以從這兩方面進行分析證明。