Question

甲、乙兩位同學在學習甲烷性質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)甲烷與氫氣和一氧化碳性質(zhì)上有很多相似之處，如密度比空氣小，難溶于水，具有可燃性等．但H₂和CO具有還原性，那么甲烷有沒有還原性呢？
【假設(shè)猜想】甲同學：甲烷沒有還原性
乙同學：甲烷有還原性，并對甲烷還原氧化銅的產(chǎn)物提出了下列假設(shè)：
假設(shè)1：Cu、CO₂
假設(shè)2：Cu、CO、H₂O
假設(shè)3：Cu、CO₂、H₂O
假設(shè)4：Cu、CO、CO₂、H₂O
其中假設(shè)

1

不合理，理由是

甲烷中含有氫元素

【查閱資料】無水硫酸銅遇水由白色變?yōu)樗{色
【設(shè)計實驗步驟】（假設(shè)藥品都是足量的）為了判斷假設(shè)的合理性，乙同學設(shè)計了以下裝置

①分別稱量裝置A、B、C的質(zhì)量
②再次分別稱量裝置A、B、C的質(zhì)量
③向玻璃管中裝入CuO通一段時間的CH₄
④停止加熱，繼續(xù)通入CH₄至冷卻到室溫
⑤緩緩?fù)ㄈ胱懔康腃H₄，加熱裝置A，使其充分反應(yīng)
甲同學認為還缺少一個步驟，缺少的步驟是⑥

檢查裝置的氣密性

，其合理的操作順序是

⑥①③⑤④②

（填序號）．
【進行實驗】乙同學按照正確的步驟進行實驗，并記錄了實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)
①裝置A中的黑色粉末變紅；裝置B中白色粉末變藍；裝置C中石灰水變渾濁
②稱量數(shù)據(jù)如表所示．

	A中玻璃管（含藥品）質(zhì)量	裝置B的質(zhì)量	裝置C的質(zhì)量
反應(yīng)前	150g	156.6g	256.8g
反應(yīng)后	147.2g	158.4g	257.9g

【現(xiàn)象分析與數(shù)據(jù)處理】
根據(jù)裝置A、B、C中的現(xiàn)象可推知，CH₄與CuO充分反應(yīng)后的產(chǎn)物依次是

Cu H₂OCO₂

．
【實驗結(jié)論】
①CH₄

有

（填“有”或“沒有”）還原性．如沒有，不作答；如有，則乙同學的假設(shè)

4

正確，原因是

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，生成的二氧化碳中碳元素的質(zhì)量為0.3g，生成的水中氫元素的質(zhì)量為0.2g，C：H=3：2而甲烷中C：H=4：1，因此還生成CO．

②裝置A中發(fā)生的反應(yīng)方程式為

2CH₄+7CuO

△   .

7Cu+4H₂O+CO+CO₂

．

Answer 1

分析：【假設(shè)猜想】根據(jù)質(zhì)量守恒定律反應(yīng)前后元素的種類不變分析；
【設(shè)計實驗步驟】根據(jù)實驗的注意事項及結(jié)合一氧化碳實驗的步驟分析：檢查裝置的氣密性→通氣→加熱→停氣；
【現(xiàn)象分析與數(shù)據(jù)處理】根據(jù)裝置A中的黑色粉末變紅；裝置B中白色粉末變藍；裝置C中石灰水變渾濁對產(chǎn)物作出判斷；
【實驗結(jié)論】根據(jù)實驗得出結(jié)論；根據(jù)表格物質(zhì)的作用及數(shù)據(jù)推測產(chǎn)物并寫出反應(yīng)的方程式．

解答：解：【假設(shè)猜想】根據(jù)質(zhì)量守恒定律反應(yīng)前后元素的種類不變，可知甲烷中含有氫元素，而推測1沒有氫元素，故錯誤；
【設(shè)計實驗步驟】在連接好儀器后需要檢查裝置的氣密性，防止裝置漏氣；根據(jù)實驗需要通過質(zhì)量的改變得出結(jié)論，因此需要先分別稱量裝置A、B、C的質(zhì)量；向玻璃管中裝入CuO通一段時間的CH₄，以排凈裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸；然后緩緩?fù)ㄈ胱懔康腃H₄，加熱裝置A，使其充分反應(yīng)；等反應(yīng)完再停止加熱，繼續(xù)通入CH₄至冷卻到室溫，防止銅重新被氧化；最后再次分別稱量裝置A、B、C的質(zhì)量，通過數(shù)據(jù)的變化進行計算；故順序為；⑥①③⑤④②；
【現(xiàn)象分析與數(shù)據(jù)處理】根據(jù)裝置A中的黑色粉末變紅；裝置B中白色粉末變藍；裝置C中石灰水變渾濁對產(chǎn)物，說明分別產(chǎn)生了Cu  H₂O  CO₂；
【實驗結(jié)論】①通過實驗說明甲烷具有還原性；根據(jù)質(zhì)量守恒定律，生成的二氧化碳中碳元素的質(zhì)量為0.3g，生成的水中氫元素的質(zhì)量為0.2g，C：H=3：2 而甲烷中C：H=4：1，因此還生成CO，故假設(shè)4成立；
②通過實驗及計算甲烷和氧化銅加熱生成了銅、水、二氧化碳和一氧化碳，故反應(yīng)的方程式為：2CH₄+7CuO

△   .

7Cu+4H₂O+CO+CO₂．
故答案為：【假設(shè)猜想】1；甲烷中含有氫元素；
【設(shè)計實驗步驟】檢查裝置的氣密性；⑥①③⑤④②；
【現(xiàn)象分析與數(shù)據(jù)處理】Cu H₂O CO₂；
【實驗結(jié)論】①有；4； 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，生成的二氧化碳中碳元素的質(zhì)量為0.3g，生成的水中氫元素的質(zhì)量為0.2g，C：H=3：2 而甲烷中C：H=4：1，因此還生成CO；
②2CH₄+7CuO

△   .

7Cu+4H₂O+CO+CO₂ ．

點評：本題是關(guān)于甲烷的還原性的實驗探究，考查了質(zhì)量守恒定律的運用及實驗的步驟、物質(zhì)的性質(zhì)等，可依據(jù)一氧化碳還原氧化鐵的步驟及實驗的注意事項完成，難度較大．