Question

【题目】宣城市区已全面使用天然气，小明通过查阅资料知道天然气的主要成分是甲烷（化学式CH4），他对“甲烷燃烧后的气体产物是什么”产生了兴趣，兴趣小组在老师的指导下进行探究，请你参与并回答下列问题：

（提出问题）甲烷燃烧后生成哪些气体物质？

（查阅资料）①白色无水硫酸铜粉末遇水变蓝色；②含碳元素的物质完全燃烧生成CO2，吸收CO2一般用氢氧化钠溶液；不完全燃烧生成CO，CO有毒，在加热的条件下CO能与红棕色的Fe3O4反应生产Fe（铁粉为黑色）和CO2；③含氢元素的物质燃烧生成H2O。

（猜想假设）猜想Ⅰ：CO2、H2O；猜想Ⅱ：CO、H2O；猜想Ⅲ：_____。

（实验设计）将甲烷在一定量纯净氧气中燃烧的产物依次通过A-E装置（部分夹持、固定装置省略）进行实验：

观察到的现象：①A中白色粉末变为蓝色；②B、E中澄清石灰水浑浊；③D中棕色粉末变成黑色。

（1）猜想_____成立。

（实验结论）（2）根据以上实验现象可推断出猜想_____成立。

（反思交流）（3）装置B的作用是鉴别是否有_____生成，装置C的作用是_____。

（4）实验过程中用纯净的氧气而不用空气的原因是空气中含有_____而影响实验结果。甲烷和氢气都是可燃性气体，点燃前_____。

（实验改进）

（5）请写出D装置中的化学方程式_____。

（6）小明认为图示实验装置有缺陷，还应该在C、D装置之间增加一个装有澄清石灰水的洗气瓶。请你帮小明说明理由_____。

Answer 1

【答案】CO2、CO、H2O Ⅲ CO2 吸收CO2 水蒸气和二氧化碳 要验纯 验证是否有残留的CO2没有被吸收

【解析】

[猜想假设]根据质量守恒定律，甲烷分子式为CH4，与O2反应，则生成物为碳氧化合物、氢氧化合物，所以生成物为CO、CO2、H2O的混合物，当氧气足量，则生成CO2、H2O，当氧气少量，则生成CO、H2O，而当氧气适量时，甲烷部分完全燃烧，部分不完全燃烧，则生成物就为CO、CO2、H2O的混合物，所以除了上述两个猜想外，猜想Ⅲ则为三者混合物；
故填：CO2、CO、H2O。

[实验结论]①中硫酸铜变蓝色，说明有水蒸气存在，②澄清石灰水变浑浊说明有二氧化碳存在，③红棕色氧化铁被还原为黑色固体铁，说明有一氧化碳存在，将氧化铁还原，根据三个实验现象推断生成物中有CO2、CO、H2O，所以猜想Ⅲ成立；
故填：Ⅲ。

[反思交流]（3）澄清石灰水与二氧化碳生成碳酸钙沉淀，可使石灰水变浑浊，是二氧化碳重要性质，所以用澄清石灰水作为检验二氧化碳的试剂使用，同时二氧化碳可被氢氧化钠吸收，避免混入一氧化碳，对后面实验造成影响；
故填：二氧化碳；吸收CO2。

（4）实验是为了验证甲烷可以与氧气反应生成二氧化碳和水，如果用空气进行燃烧反应，那空气中的二氧化碳与水也可以发生上述的实验现象，不足以证明甲烷与氧气反应可以生成二氧化碳和水；甲烷和氢气都是可燃性气体，点燃前要验纯。
故填：水蒸气和二氧化碳；要验纯。

[实验改进]

（5）D装置中的化学方程式为：；

故填：。

（6）由于二氧化碳的生成量未知，同时加入氢氧化钠溶液的量是否能把二氧化碳全部吸收，而在C、D之间加入一个澄清石灰水的洗气瓶后，可以通过观察澄清石灰有无变浑浊现象，判断二氧化碳是否还有残存。
故填：检验二氧化碳是否被完全吸收。