Question

10．达州盛产天然气，有“中国气都”之称的美誉．天然气的主要成分是甲烷（CH₄），我校化学兴趣小组的同学对甲烷燃烧的产物产生了兴趣，请你参与：
【提出问题】甲烷燃烧后生成哪些物质？
【查阅资料】含碳元素的物质完全燃烧生成CO₂，不完全燃烧生成CO；无水CuSO₄遇水变蓝．
【猜想与假设】
甲 CO₂  H₂O；        乙 CO  H₂O       丙 NH₃ CO₂  H₂O；         丁 CO₂  CO  H₂O．
你认为丙 同学的猜想是错误的，理由是化学反应前后元素的种类不变而反应前不含氮元素，生成物中不可能生成氨气．
【实验探究】为了验证上述猜想与假设，将甲烷在一定量的O₂中燃烧的产物依次通过下列装置：实验中观察到A中无水CuSO₄变蓝，B、D中澄清石灰水变浑浊 （填实验现象），C中黑色粉末变成红色 （填实验现象），由此推断丁 同学猜想成立．

请写出C中反应的化学方程式：CuO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+CO₂．
【反思与交流】为避免有毒的CO污染环境，所以含碳元素的物质燃烧必须满足的条件是氧气充足．
【得出结论】甲烷在氧气充足的情况下反应方程式：CH₄+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O．
C+CuO═Cu+CO₂该反应CO发生氧化反应．还原剂是CO；还原剂在化学反应前后化合价大小变化规律还原剂在反应中元素化合价升高；找出甲烷在氧气中燃烧的还原剂是甲烷．

Answer 1

分析 【猜想与假设】：根据质量守恒定律考虑；
【实验探究】根据无水CuSO₄变蓝，B、D中澄清石灰水变浑浊，C中黑色粉末变成红色分析出气体成分；根据方程式的写法考虑；
【反思与交流】根据促进可燃物燃烧的条件考虑．
【得出结论】可先判断出还原剂中元素反应前后的化合价，再找出规律，并将规律运用．

解答 解：【猜想与假设】根据质量守恒定律可知化学反应前后元素的种类不变，反应物中是甲烷和氧气，不含有氮元素，生成物中不可能生成氨气，所以丙假设错误；
【实验探究】A中无水CuSO₄变蓝说明混合气体中有水，B中石灰水变浑浊说明混合气体中含有二氧化碳，B中石灰水有两个作用：验证二氧化碳的存在，除去二氧化碳；D中澄清石灰水变浑浊，C中黑色粉末变成红色说明具有还原性气体，且与氧化铜反应能生成二氧化碳，所以说明混合气体中含有一氧化碳；C中黑色粉末变成红色的反应物是一氧化碳和氧化铜，生成物是铁和二氧化碳，用得失氧进行配平，反应条件是加热，写在等号的上边．
【反思与交流】由于可燃物不完全燃烧能生成一氧化碳，污染环境，所以要让可燃物完全燃烧，所以需要充足的氧气．
甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水，故填：CH₄+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O．
【得出结论】在CO+CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+CO₂反应中CO发生氧化反应．还原剂CO变为CO₂，碳的化合价由+2升高为+4价．可见还原剂在反应中元素化合价升高，甲烷在氧气中燃烧的反应中碳元素的化合价升高，是还原剂．
故答案为：【猜想与假设】丙；化学反应前后元素的种类不变而反应前不含氮元素，生成物中不可能生成氨气；
【实验探究】澄清石灰水变浑浊；黑色粉末变成红色；丁；CuO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+CO₂ 
【反思与交流】CH₄+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O；氧气充足；CO；CO；还原剂在反应中元素化合价升高；甲烷．

点评 解答本题的关键是要知道无水硫酸铜由白色变为蓝色说明有水生成，能使澄清石灰水变浑浊的气体是二氧化碳，还要知道一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳．