Question

13．兴趣小组同学为了弄清即将维修的沼气池中气体的成分，进行了有关实验．请你与他们一起完成以下探究活动：
【收集气体】将不加盖的矿泉水瓶装满水，用细绳吊入池中，再用木棍拨动使瓶中的水全部倒出（见图1），然后迅速拉起矿泉水瓶，盖上瓶盖．这种方法属于排水集气法．

【对气体猜想】
猜想Ⅰ．全部是CH₄；   
猜想Ⅱ．全部是CO；
猜想Ⅲ．全部是CO₂；   
猜想Ⅳ．是CH₄和CO₂的混合气体．
【实验和推断】（见图3）

（1）若“现象a”为石灰水变浑浊，则说明气体中含有二氧化碳气体．
（2）步骤②的目的是除去收集到（或矿泉水瓶中）的气体中的CO₂；步骤③“注水装置”应选图2中的ii（填序号）．
（3）若“现象b”为杯壁有水雾出现，有同学认为“猜想Ⅰ或Ⅳ”成立，其反应方程式为：CH₄+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O；另有同学认为此现象不能证明收集到的气体中一定含有氢元素，理由是收集的气体中本身含有水蒸气；要排除这种干扰可采取的措施是在点燃的尖嘴管前加装一个干燥装置．
（4）采取（3）中的排除干扰措施后：若“现象a、b”无明显现象，“现象c”石灰水变浑浊，则证明“猜想II”成立；若“现象a、c”均为石灰水变浑浊，“现象b”为杯壁有水雾，则证明“猜想IV”成立．

Answer 1

分析 【收集气体】根据图示收集气体的操作特点，判断收集气体的方法；
【实验和推断】推断题是初中化学试题中常见但却十分重要的一类题型．本题可用逆推法，了解现象与本质的联系．
（1）二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，通常利用这一变化检验气体为二氧化碳；
（2）步骤②加入适量的氢氧化钠溶液的作用为：吸收二氧化碳气体，以防干扰试验；步骤③“注水装置”应选下图中的有控制开关的装置，以防气体逸出，所以选ⅱ．
（3）若“现象b”为杯壁有水雾出现，有同学认为“猜想Ⅰ或Ⅳ”成立，是由于甲烷燃烧的可生成水；因为收集的气体中本身含有水蒸汽，所以在点燃的尖嘴管前加装一个干燥装置，排除干扰；
（4）分析所出现实验现象的原因，判断气体组成，得出猜想成立：若“现象a、b”无明显现象，“现象c”石灰水变浑浊，则证明原气体不含二氧化碳和甲烷，全部为CO；若“现象a、c”均为石灰水变浑浊，“现象b”为杯壁有水雾，则证明气体中含有甲烷和二氧化碳．

解答 解：【收集气体】根据图示，采取排出瓶内的水收集气体的操作特点，可判断收集气体的方法为排水集气法；
【实验和推断】（1）澄清石灰水变浑浊，可判断气体为二氧化碳；
（2）氢氧化钠溶液的作用为：吸收二氧化碳气体，以防干扰试验；步骤③“注水装置”应选有控制开关的装置ⅱ．
（3）甲烷燃烧生成二氧化碳和水，化学方程式为：CH₄+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O，会杯壁有水雾出现，因此认为含有甲烷气体的“猜想Ⅰ或Ⅳ”成立；因为收集的气体中本身含有水蒸汽，为了排除原有水蒸气的干扰，在点燃的尖嘴管前加装一个干燥装置；
（4）采取（3）中的排除干扰措施后：若“现象a、b”无明显现象，则证明原气体不含二氧化碳，燃烧后也不生成水，“现象c”石灰水变浑浊，燃烧后生成了二氧化碳，则证明原气体只含有CO，故猜想II成立；若“现象a、c”均为石灰水变浑浊，说明原气体有二氧化碳，反应中也有生成的二氧化碳，“现象b”为杯壁有水雾，则证明气体中含有甲烷，故猜想IV成立．
故答案为：【收集气体】排水；
【实验和推断】（1）CO₂（或二氧化碳）；
（2）除去收集到（或矿泉水瓶中）的气体中的CO₂，ⅱ；
（3）CH₄+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O，收集的气体中本身含有水蒸气，在点燃的尖嘴管前加装一个干燥装置；
（4）Ⅱ，Ⅳ．

点评 从题目中挖出一些明显或隐含的条件，抓住突破口（现象特征、反应特征及结构特征），导出结论，最后别忘了把结论代入原题中验证，若“路”走得通则已经成功．