Question

12．小华同学用排水法收集了一大瓶沼气池中气体（图1中的A），为了弄清它的成分，进行了有关实验．请你与他一起完成以下探究活动：
【对气体猜想】
猜想I：全部是CH₄；    
猜想Ⅱ：是CO和CH₄；
猜想Ⅲ：是CO、CH₄和CO₂的混合气体；  
猜想Ⅳ：是CH₄和CO₂的混合气体．
【实验和推断】将A中的气体依次通入B、C后，在D处点燃．

（1）要将A中的气体通入后面的装置中，应选图2中的② （填序号）“注水装置”．
（2）若D处倒扣的是涂有澄清石灰水的烧杯，出现浑浊，且B中无明显现象，则“猜想I、Ⅱ”可能成立；若D处倒扣的是干冷的大烧杯，杯壁有水雾出现，有同学认为“猜想I、Ⅳ”可能成立，另有同学认为此现象不能证明收集到的气体中一定含有CH₄，理由是气体通过B、C装置时，会带入水蒸气；要排除这种干扰可采取的措施是在点燃前将气体先通过干燥装置．
（3）采取（2）中的排除干扰措施后：若D处分别倒扣干冷的烧杯和涂石灰水的烧杯，分别出现水雾和浑浊，且B中也出现浑浊，则证明“猜想Ⅳ”可能成立．
（4）为进一步确定（3）中沼气池中气体的成分，用下图所示装置进行研究（已知高温条件下，甲烷和氧化铁反应生成CO₂和H₂O）．

实验测量D和E的质量反应后分别增加9.0g和12g，推测沼气池中气体的成分的组成为（假设混合气在C装置中反应完全）CH₄和CO₂的混合气体．
【反思评价】在上述实验中采用了对化学物质进行研究的常用两种方法为：定性法、定量法．

Answer 1

分析 （1）根据①②③装置的差异性以及该实验的要求进行分析解答；
（2）根据甲烷和一氧化碳具有可燃性进行分析；
根据气体通过溶液会携带水蒸气，可以在检验氢元素之前先将溶液中携带的水蒸气除去进行分析；
（3）根据B中也出现浑浊，说明混合气中含有二氧化碳，D处分别倒扣干冷的烧杯和涂石灰水的烧杯，分别出现水雾和浑浊，说明混合气中含有氢元素和碳元素进行分析；
（4）根据浓硫酸增加的质量是水蒸气的质量，氢氧化钠溶液增加的质量是二氧化碳的质量，计算出碳元素、氢元素的质量和甲烷中碳元素、氢元素的质量比进行比较；
【反思评价】根据实验中采用的探究方法进行分析．

解答 解：（1）需要得到平稳的气流还需要能够控制反应的速度，通过水的滴加来实现，因此选择分液漏斗，故选：②；
（2）甲烷和一氧化碳具有可燃性，所以D处倒扣的是涂有澄清石灰水的烧杯，出现浑浊，且B中无明显现象，则“猜想Ⅰ、Ⅱ”可能成立；D处倒扣的是干冷的大烧杯，杯壁有水雾出现，有同学认为“猜想I、Ⅳ”可能成立，另有同学认为此现象不能证明收集到的气体中一定含有CH₄，理由是：气体通过B、C装置时，会带入水蒸气，要排除这种干扰可采取的措施是：在点燃前将气体先通过干燥装置；
（3）B中也出现浑浊，说明混合气中含有二氧化碳，D处分别倒扣干冷的烧杯和涂石灰水的烧杯，分别出现水雾和浑浊，说明混合气中含有氢元素和碳元素，所以采取（2）中的排除干扰措施后：若D处分别倒扣干冷的烧杯和涂石灰水的烧杯，分别出现水雾和浑浊，且B中也出现浑浊，则证明“猜想Ⅳ”可能成立；
（4）浓硫酸增加的质量是水蒸气的质量，氢氧化钠溶液增加的质量是二氧化碳的质量，所以混合气中氢元素质量为：9g×$\frac{2}{18}$=1g，碳元素质量为：12g×$\frac{12}{44}$=$\frac{36}{11}$g，所以碳、氢元素质量比是：36：11，甲烷中碳、氢元素质量比是：12：4=3：1，前者大，所以混合气的组成为：CH₄和CO₂的混合气体；
【反思评价】通过分析可知，在上述实验中采用了对化学物质进行研究的常用两种方法为：定性法、定量法．
故答案为：（1）②；
（2）Ⅰ、Ⅱ，气体通过B、C装置时，会带入水蒸气，要在点燃前将气体先通过干燥装置；
（3）Ⅳ；
（4）CH₄和CO₂的混合气体；
【反思评价】定性法，定量法．

点评 本题考查了学生利用所要鉴别物质的性质差别，设计实验，根据实验中出现明显的现象差异，达到鉴别物质的目的，实验时要注意干扰因素的影响，该类题能较好检验学生对知识的掌握和应用能力．