Question

13．一碳化學(xué)是以分子中只含一個(gè)碳原子的化合物（如CO、CH₄等）為原料來(lái)合成一系列化工原料和燃料的化學(xué)，工業(yè)上用天然氣和水蒸氣在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)，得到的CO和H₂分子個(gè)數(shù)比為1：3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．
某興趣小組的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證合成氣的還原性．用合成氣還原足量氧化銅．實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：

【設(shè)計(jì)買驗(yàn)步驟】
①連接好裝置并檢查氣密性．②裝入藥品．③通入一段時(shí)間合成氣．④分別稱量裝置D、E的質(zhì)量．⑤緩緩?fù)ㄈ牒铣蓺�，加熱裝置C，使其充分反應(yīng)．⑥停止加熱，繼續(xù)通入合成氣至恢復(fù)到室溫．⑦再次分別稱量裝置D、E的質(zhì)量，
【完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】
經(jīng)過(guò)討論同學(xué)們認(rèn)為，裝置E后還應(yīng)添加一個(gè)酒精燈，并在實(shí)驗(yàn)步驟②后點(diǎn)燃酒精燈．（填實(shí)驗(yàn)步驟的序號(hào)）
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】該小組的同學(xué)按上述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

	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(xué)根據(jù)C中黑色的氧化銅逐漸變?yōu)榧t色現(xiàn)象，認(rèn)為是合成氣中的CO和H₂還原了CuO．
（2）操作⑥通合成氣的作用除了將生成的氣體趕入后面裝置充分吸收外，還有防止銅被重新氧化，乙同學(xué)通過(guò)對(duì)上表數(shù)據(jù)的分析，推測(cè)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(guò)計(jì)算說(shuō)明他的推測(cè)依據(jù)該實(shí)驗(yàn)生成物中碳、氫元素的質(zhì)量比與一氧化碳和氫氣還原氧化銅后碳、氫元素的質(zhì)量比不符．
【拓展探究】該小組同學(xué)對(duì)于CH₄是否真的能夠還原氧化銅提出了質(zhì)疑并進(jìn)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；
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：該小組同學(xué)擬用純凈的甲烷氣體和如下裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

①如圖裝置F中盛放的試劑名稱是澄清的石灰水．
②如圖裝置的正確連接順序是HGFI（填字母，且每套裝置限用一次）．

Answer 1

分析 Ⅱ．[完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)]可根據(jù)反應(yīng)步驟分析解答；
[進(jìn)行實(shí)驗(yàn)]
①可根據(jù)氫氣和一氧化碳具有還原性分析解答；
[現(xiàn)象分析和數(shù)據(jù)處理]
②分析表中數(shù)據(jù)可知生成物中二氧化碳和水的質(zhì)量，采用極值法分析．若全部是CO和H₂參與反應(yīng)得到的二氧化碳、水的質(zhì)量比與全部是甲烷參與反應(yīng)得到的二者相比較，并進(jìn)而分析對(duì)比碳、氫元素的質(zhì)量比加以判斷；
[拓展探究]
①要證明甲烷參與反應(yīng)，可通過(guò)證明反應(yīng)后的生成物來(lái)判斷，檢驗(yàn)二氧化碳用澄清的石灰水；
②根據(jù)反應(yīng)的過(guò)程來(lái)確定順序，且一般驗(yàn)證氣體先驗(yàn)證水蒸氣，因?yàn)闅怏w從溶液中出來(lái)會(huì)帶來(lái)部分水蒸氣．

解答 解：Ⅱ．[完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)]裝入藥品，通人一段時(shí)間合成氣的目的是排出試管中的空氣，防止發(fā)生爆炸，該部分氣體并未用于還原氧化銅．而一氧化碳有毒，與氫氧化鈉溶液不反應(yīng)，所以此時(shí)在裝置末端點(diǎn)燃酒精燈進(jìn)行尾氣處理，防止污染大氣；
故答案為：②；
【現(xiàn)象分析和數(shù)據(jù)處理】
（1）氫氣和一氧化碳具有還原性，與氧化銅反應(yīng)生成銅，所以裝置C中黑色的氧化銅逐漸變?yōu)榧t色；
（2）操作⑥通合成氣的作用除了將生成的氣體趕入后面裝置充分吸收外，還有防止銅被重新氧化，
反應(yīng)前后元素的質(zhì)量不變，如果只有一氧化碳和氫氣，還原足量CuO，合成氣中CO與H₂的分子個(gè)數(shù)比為1：3，生成物中碳元素與氫元素的質(zhì)量比為12：3×2=2：1；如果只有甲烷還原足量CuO，生成物中碳元素與氫元索的質(zhì)量比為12：4=3：1；
現(xiàn)測(cè)得二氧化碳的質(zhì)量：201.5g-198.2g=3.3g，水的質(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：（3•3g×$\frac{12}{44}$×100%）：（3.6g×$\frac{2}{18}$×100% ）=9：4；
9；4介于2：1和3：1之間，由此可推測(cè)出，除了一氧化碳和氫氣以外，制得的合成氣中可能還有來(lái)反應(yīng)的甲烷，且甲烷也還原了CuO；
故答案為：該實(shí)驗(yàn)生成物中碳、氫元素的質(zhì)量比與一氧化碳和氫氣還原氧化銅后碳、氫元素的質(zhì)量比不符；
[拓展探究]
①要證明甲烷還原氧化銅，只要證明生成物中有二氧化碳和水生成即可，所以F裝置應(yīng)是檢驗(yàn)生成二氧化碳的，用澄清石灰水；
故答案為：澄清的石灰水；
②分析該實(shí)驗(yàn)的目的可知實(shí)驗(yàn)中各裝置的用途分別是：裝置H是還原CuO，G是用來(lái)證明水的生成，F(xiàn)是證明二氧化碳生成，I是處理尾氣，所以順序?yàn)镠GFI；
故答案為：HGFI
答案：
【完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】②；
【現(xiàn)象分析和數(shù)據(jù)處理】
（1）黑色的氧化銅逐漸變?yōu)榧t色；
（2）防止銅被重新氧化；
[拓展探究]
①澄清的石灰水；
②HGFI．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道較為綜合的實(shí)驗(yàn)探究題，可以很好的培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，要依據(jù)題目所給的信息細(xì)心分析解答．