Question

11．甲、乙两位同学在学习甲烷性质时，发现甲烷与氢气和一氧化碳性质上有很多相似之处，如密度比空气小，难溶于水，具有可燃性等．但H₂和CO具有还原性，那么甲烷有没有还原性呢？为了验证甲烷是否具有还原性，乙同学设计以下实验装置并进行实验：
[实验装置]

[实验步骤]（假设药品都是足量的）
①分别称量装置A、B、C的质量
②再次分别称量装置A、B、C的质量
③向玻璃管中装入CuO通一段时间的CH₄
④停止加热，继续通入CH₄至冷却到室温
⑤缓缓通入足量的CH₄，加热装置A，使其充分反应
其合理的操作顺序是⑥①③⑤④②（填序号）．
甲同学认为还缺少一个步骤，缺少的步骤是检查装置的气密性．
[进行实验]乙同学按照正确的步骤进行实验，并记录了实验现象和数据
①装置A中的黑色粉末变红；装置B中白色粉末变蓝；装置C中石灰水变浑浊
②称量数据如表所示．

	A中玻璃管（含药品）质量	装置B的质量	装置C的质量
反应前	150g	156.6g	256.8g
反应后	147.2g	158.4g	257.9g

[现象分析与数据处理]
根据装置A、B、C中的现象可推知，CH₄与CuO充分反应后的产物依次是Cu、H₂O、CO₂．
[实验结论]
①CH₄有（填“有”或“没有”）还原性．
②根据实验数据，甲同学提出甲烷与氧化铜的产物中还含有CO，试通过计算说明根据质量守恒定律，生成的二氧化碳中碳元素的质量为0.3g，生成的水中氢元素的质量为0.2g，C：H=3：2而甲烷中C：H=3：1，因此还生成CO；
③装置A中发生的反应方程式为2CH₄+7CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+4H₂O+CO+CO₂．

Answer 1

分析 【设计实验步骤】根据实验的注意事项及结合一氧化碳实验的步骤分析：检查装置的气密性→通气→加热→停气；
【现象分析与数据处理】根据装置A中的黑色粉末变红；装置B中白色粉末变蓝；装置C中石灰水变浑浊对产物作出判断；
【实验结论】根据实验得出结论；根据表格物质的作用及数据推测产物并写出反应的方程式．

解答 解：【设计实验步骤】在连接好仪器后需要检查装置的气密性，防止装置漏气；根据实验需要通过质量的改变得出结论，因此需要先分别称量装置A、B、C的质量；向玻璃管中装入CuO通一段时间的CH₄，以排净装置内的空气，防止加热时发生爆炸；然后缓缓通入足量的CH₄，加热装置A，使其充分反应；等反应完再停止加热，继续通入CH₄至冷却到室温，防止铜重新被氧化；最后再次分别称量装置A、B、C的质量，通过数据的变化进行计算；故顺序为；⑥①③⑤④②；
【现象分析与数据处理】根据装置A中的黑色粉末变红；装置B中白色粉末变蓝；装置C中石灰水变浑浊对产物，说明分别产生了Cu、H₂O、CO₂；
【实验结论】①通过实验说明甲烷具有还原性；
②根据质量守恒定律，生成的二氧化碳中碳元素的质量为0.3g，生成的水中氢元素的质量为0.2g，C：H=3：2 而甲烷中C：H=4：1，因此还生成CO；
③通过实验及计算甲烷和氧化铜加热生成了铜、水、二氧化碳和一氧化碳，故反应的方程式为：2CH₄+7CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+4H₂O+CO+CO₂．
故答案为：
【设计实验步骤】⑥①③⑤④②；检查装置的气密性
【现象分析与数据处理】Cu、H₂O、CO₂；
【实验结论】
①有；
②根据质量守恒定律，生成的二氧化碳中碳元素的质量为0.3g，生成的水中氢元素的质量为0.2g，C：H=3：2 而甲烷中C：H=3：1，因此还生成CO；
③2CH₄+7CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+4H₂O+CO+CO₂ ．

点评 本题是关于甲烷的还原性的实验探究，考查了质量守恒定律的运用及实验的步骤、物质的性质等，可依据一氧化碳还原氧化铁的步骤及实验的注意事项完成，难度较大．