Question

【題目】宣城市區已全面使用天然氣，小明通過查閱資料知道天然氣的主要成分是甲烷（化學式CH4），他對“甲烷燃燒后的氣體產物是什么”產生了興趣，興趣小組在老師的指導下進行探究，請你參與并回答下列問題：

（提出問題）甲烷燃燒后生成哪些氣體物質？

（查閱資料）①白色無水硫酸銅粉末遇水變藍色；②含碳元素的物質完全燃燒生成CO2，吸收CO2一般用氫氧化鈉溶液；不完全燃燒生成CO，CO有毒，在加熱的條件下CO能與紅棕色的Fe3O4反應生產Fe（鐵粉為黑色）和CO2；③含氫元素的物質燃燒生成H2O。

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

（實驗設計）將甲烷在一定量純凈氧氣中燃燒的產物依次通過A-E裝置（部分夾持、固定裝置省略）進行實驗：

觀察到的現象：①A中白色粉末變為藍色；②B、E中澄清石灰水渾濁；③D中棕色粉末變成黑色。

（1）猜想_____成立。

（實驗結論）（2）根據以上實驗現象可推斷出猜想_____成立。

（反思交流）（3）裝置B的作用是鑒別是否有_____生成，裝置C的作用是_____。

（4）實驗過程中用純凈的氧氣而不用空氣的原因是空氣中含有_____而影響實驗結果。甲烷和氫氣都是可燃性氣體，點燃前_____。

（實驗改進）

（5）請寫出D裝置中的化學方程式_____。

（6）小明認為圖示實驗裝置有缺陷，還應該在C、D裝置之間增加一個裝有澄清石灰水的洗氣瓶。請你幫小明說明理由_____。

Answer 1

【答案】CO2、CO、H2O Ⅲ CO2 吸收CO2 水蒸氣和二氧化碳 要驗純 驗證是否有殘留的CO2沒有被吸收

【解析】

[猜想假設]根據質量守恒定律，甲烷分子式為CH4，與O2反應，則生成物為碳氧化合物、氫氧化合物，所以生成物為CO、CO2、H2O的混合物，當氧氣足量，則生成CO2、H2O，當氧氣少量，則生成CO、H2O，而當氧氣適量時，甲烷部分完全燃燒，部分不完全燃燒，則生成物就為CO、CO2、H2O的混合物，所以除了上述兩個猜想外，猜想Ⅲ則為三者混合物；
故填：CO2、CO、H2O。

[實驗結論]①中硫酸銅變藍色，說明有水蒸氣存在，②澄清石灰水變渾濁說明有二氧化碳存在，③紅棕色氧化鐵被還原為黑色固體鐵，說明有一氧化碳存在，將氧化鐵還原，根據三個實驗現象推斷生成物中有CO2、CO、H2O，所以猜想Ⅲ成立；
故填：Ⅲ。

[反思交流]（3）澄清石灰水與二氧化碳生成碳酸鈣沉淀，可使石灰水變渾濁，是二氧化碳重要性質，所以用澄清石灰水作為檢驗二氧化碳的試劑使用，同時二氧化碳可被氫氧化鈉吸收，避免混入一氧化碳，對后面實驗造成影響；
故填：二氧化碳；吸收CO2。

（4）實驗是為了驗證甲烷可以與氧氣反應生成二氧化碳和水，如果用空氣進行燃燒反應，那空氣中的二氧化碳與水也可以發生上述的實驗現象，不足以證明甲烷與氧氣反應可以生成二氧化碳和水；甲烷和氫氣都是可燃性氣體，點燃前要驗純。
故填：水蒸氣和二氧化碳；要驗純。

[實驗改進]

（5）D裝置中的化學方程式為：；

故填：。

（6）由于二氧化碳的生成量未知，同時加入氫氧化鈉溶液的量是否能把二氧化碳全部吸收，而在C、D之間加入一個澄清石灰水的洗氣瓶后，可以通過觀察澄清石灰有無變渾濁現象，判斷二氧化碳是否還有殘存。
故填：檢驗二氧化碳是否被完全吸收。