Question

8．某化学兴趣小组为了验证甲烷与水蒸气经高温催化反应得到的混合气体（以下简称“合成气”）中含有生成的氢气和一氧化碳，同时检验“合成气”中是否含有未反应完的甲烷和水蒸气，进行了如图所示的实验．
查阅资料知，氧化铁与氢气在高温条件下反应生成铁和水；氧化铁与甲烷在高温条件下反应生成铁、二氧化碳和水．

（1）请写出甲烷与水蒸气在高温催化条件下反应的化学方程式CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{高温}$3H₂+CO．
（2）实验开始前要先通一会“合成气”，然后再点燃B处的酒精喷灯，目的是排净玻璃管中的空气，防止高温时引起爆炸．
（3）装置C和D的连接顺序颠倒，会影响实验操作，原因是不能准确地测出生成水的质量．
（4）实验结束后，测得装置A、C、D的质量均增加，其中装置C增加了3.6g，装置D增加了3.3g．假设加热时“合成气”在装置B中反应完全，则可推断出该“合成气”的组成物质为CO、H₂O、CH₄、H₂（写化学式）．
（5）装置A与E在实验过程中的作用分别是除去水蒸气、收集尾气，防止污染空气．

Answer 1

分析 （1）根据甲烷与水蒸气在高温催化条件下反应写出反应的化学方程式；
（2）根据可燃性的气体与空气的混合气体在点燃时会发生爆炸分析；
（3）根据在该实验过程中需要测定生成的水蒸气的质量分析回答；
（4）根据质量守恒定律分析判断物质的组成；
（5）根据实验的目的、装置的特点分析回答装置的作用

解答 解：（1）由题意可知，甲烷与水蒸气在高温催化条件下反应生成了一氧化碳和氢气，反应的化学方程式 为：CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{高温}$3H₂+CO．
（2）由于合成气是可燃性的气体，实验开始前要先通一会“合成气”，然后再点燃B处的酒精喷灯，目的是：排净玻璃管中的空气，防止高温时引起爆炸．
（3）由于在该实验过程中需要测定生成的水蒸气的质量，装置C和D的连接顺序颠倒，会影响实验操作，原因是不能准确地测出生成水的质量；
（4）由A的质量增加，说明了混合气体中含有水蒸气；C装置增加的质量是生成的水的质量，原气体中含有氢元素，且氢元素质量=3.6g×$\frac{2}{18}$×100%=0.4g；D装置增加的质量是反应生成的二氧化碳的质量，且碳元素质量=3.3g×$\frac{12}{44}$×100%=0.9g；甲烷气体中C、H元素质量比=12：（1×4）=3：1，则混合气体中C、H元素质量比=0.9g：0.4g=9：4，因此可判断混合气体中含有甲烷同时含有CO、H₂气体，所以，则可推断出该“合成气”的组成物质为：CO、H₂O、CH₄、H₂．
（5）装置A中由浓硫酸，能吸收水分，在实验过程中的作用是除去水蒸气；由E装置的特点可知，E的作用是：收集尾气．
故答为：（1）CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{高温}$3H₂+CO；（2）排净玻璃管中的空气，防止高温时引起爆炸：；（3）不能准确地测出生成水的质量；（4）CO、H₂O、CH₄、H₂；（5）除去水蒸气；收集尾气，防止污染空气．

点评 可燃物完全燃烧时，可燃物中的碳元素全部生成二氧化碳，可燃物中的氢元素全部生成水；可燃物完全燃烧生成二氧化碳和水，可判断可燃物中一定含C、H元素．