一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO.CH4等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学.工业上用天然气和水蒸气在高温条件下发生反应.得到的CO和H2分子个数比为1:3的混合气被称为合成气.合成气在工业上可用于合成一系列化工原料和新型燃料.还可用于冶炼某些金属．某兴趣小组的同学在实验室设计实验验证合成气的还原性．用合� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

13．一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物（如CO、CH₄等）为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学，工业上用天然气和水蒸气在高温条件下发生反应，得到的CO和H₂分子个数比为1：3的混合气被称为合成气，合成气在工业上可用于合成一系列化工原料和新型燃料，还可用于冶炼某些金属．
某兴趣小组的同学在实验室设计实验验证合成气的还原性．用合成气还原足量氧化铜．实验装置如图所示：

【设计买验步骤】
①连接好装置并检查气密性．②装入药品．③通入一段时间合成气．④分别称量装置D、E的质量．⑤缓缓通入合成气，加热装置C，使其充分反应．⑥停止加热，继续通入合成气至恢复到室温．⑦再次分别称量装置D、E的质量，
【完善实验设计】
经过讨论同学们认为，装置E后还应添加一个酒精灯，并在实验步骤②后点燃酒精灯．（填实验步骤的序号）
【进行实验】该小组的同学按上述步骤进行实验，并记录了实验数据：

	装置D的质量	装置E的质量
反应前	292.4g	198.2g
反应后	296.0g	201.5g

【现象分析和数据处理】
（1）甲同学根据C中黑色的氧化铜逐渐变为红色现象，认为是合成气中的CO和H₂还原了CuO．
（2）操作⑥通合成气的作用除了将生成的气体赶入后面装置充分吸收外，还有防止铜被重新氧化，乙同学通过对上表数据的分析，推测除了CO和H₂以外，制得的合成气中可能还有未反应的CH₄，且CH₄也还原了CuO．试通过计算说明他的推测依据该实验生成物中碳、氢元素的质量比与一氧化碳和氢气还原氧化铜后碳、氢元素的质量比不符．
【拓展探究】该小组同学对于CH₄是否真的能够还原氧化铜提出了质疑并进行探究．
查阅资料：甲烷具有还原性，可以还原氧化铜，生成CO₂和H₂O；
实验设计：该小组同学拟用纯净的甲烷气体和如下装置进行实验．

①如图装置F中盛放的试剂名称是澄清的石灰水．
②如图装置的正确连接顺序是HGFI（填字母，且每套装置限用一次）．

分析 Ⅱ．[完善实验设计]可根据反应步骤分析解答；
[进行实验]
①可根据氢气和一氧化碳具有还原性分析解答；
[现象分析和数据处理]
②分析表中数据可知生成物中二氧化碳和水的质量，采用极值法分析．若全部是CO和H₂参与反应得到的二氧化碳、水的质量比与全部是甲烷参与反应得到的二者相比较，并进而分析对比碳、氢元素的质量比加以判断；
[拓展探究]
①要证明甲烷参与反应，可通过证明反应后的生成物来判断，检验二氧化碳用澄清的石灰水；
②根据反应的过程来确定顺序，且一般验证气体先验证水蒸气，因为气体从溶液中出来会带来部分水蒸气．

解答解：Ⅱ．[完善实验设计]装入药品，通人一段时间合成气的目的是排出试管中的空气，防止发生爆炸，该部分气体并未用于还原氧化铜．而一氧化碳有毒，与氢氧化钠溶液不反应，所以此时在装置末端点燃酒精灯进行尾气处理，防止污染大气；
故答案为：②；
【现象分析和数据处理】
（1）氢气和一氧化碳具有还原性，与氧化铜反应生成铜，所以装置C中黑色的氧化铜逐渐变为红色；
（2）操作⑥通合成气的作用除了将生成的气体赶入后面装置充分吸收外，还有防止铜被重新氧化，
反应前后元素的质量不变，如果只有一氧化碳和氢气，还原足量CuO，合成气中CO与H₂的分子个数比为1：3，生成物中碳元素与氢元素的质量比为12：3×2=2：1；如果只有甲烷还原足量CuO，生成物中碳元素与氢元索的质量比为12：4=3：1；
现测得二氧化碳的质量：201.5g-198.2g=3.3g，水的质量：296.0g一292.4g=3.6g
∴生成物中碳元素与氢元素的质量比：（3•3g×$\frac{12}{44}$×100%）：（3.6g×$\frac{2}{18}$×100% ）=9：4；
9；4介于2：1和3：1之间，由此可推测出，除了一氧化碳和氢气以外，制得的合成气中可能还有来反应的甲烷，且甲烷也还原了CuO；
故答案为：该实验生成物中碳、氢元素的质量比与一氧化碳和氢气还原氧化铜后碳、氢元素的质量比不符；
[拓展探究]
①要证明甲烷还原氧化铜，只要证明生成物中有二氧化碳和水生成即可，所以F装置应是检验生成二氧化碳的，用澄清石灰水；
故答案为：澄清的石灰水；
②分析该实验的目的可知实验中各装置的用途分别是：装置H是还原CuO，G是用来证明水的生成，F是证明二氧化碳生成，I是处理尾气，所以顺序为HGFI；
故答案为：HGFI
答案：
【完善实验设计】②；
【现象分析和数据处理】
（1）黑色的氧化铜逐渐变为红色；
（2）防止铜被重新氧化；
[拓展探究]
①澄清的石灰水；
②HGFI．

点评本题是一道较为综合的实验探究题，可以很好的培养学生分析问题解决问题的能力，要依据题目所给的信息细心分析解答．

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