Question

11．甲、乙兩位同學在學習甲烷性質時，發現甲烷與氫氣和一氧化碳性質上有很多相似之處，如密度比空氣小，難溶于水，具有可燃性等．但H₂和CO具有還原性，那么甲烷有沒有還原性呢？為了驗證甲烷是否具有還原性，乙同學設計以下實驗裝置并進行實驗：
[實驗裝置]

[實驗步驟]（假設藥品都是足量的）
①分別稱量裝置A、B、C的質量
②再次分別稱量裝置A、B、C的質量
③向玻璃管中裝入CuO通一段時間的CH₄
④停止加熱，繼續通入CH₄至冷卻到室溫
⑤緩緩通入足量的CH₄，加熱裝置A，使其充分反應
其合理的操作順序是⑥①③⑤④②（填序號）．
甲同學認為還缺少一個步驟，缺少的步驟是檢查裝置的氣密性．
[進行實驗]乙同學按照正確的步驟進行實驗，并記錄了實驗現象和數據
①裝置A中的黑色粉末變紅；裝置B中白色粉末變藍；裝置C中石灰水變渾濁
②稱量數據如表所示．

	A中玻璃管（含藥品）質量	裝置B的質量	裝置C的質量
反應前	150g	156.6g	256.8g
反應后	147.2g	158.4g	257.9g

[現象分析與數據處理]
根據裝置A、B、C中的現象可推知，CH₄與CuO充分反應后的產物依次是Cu、H₂O、CO₂．
[實驗結論]
①CH₄有（填“有”或“沒有”）還原性．
②根據實驗數據，甲同學提出甲烷與氧化銅的產物中還含有CO，試通過計算說明根據質量守恒定律，生成的二氧化碳中碳元素的質量為0.3g，生成的水中氫元素的質量為0.2g，C：H=3：2而甲烷中C：H=3：1，因此還生成CO；
③裝置A中發生的反應方程式為2CH₄+7CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+4H₂O+CO+CO₂．

Answer 1

分析 【設計實驗步驟】根據實驗的注意事項及結合一氧化碳實驗的步驟分析：檢查裝置的氣密性→通氣→加熱→停氣；
【現象分析與數據處理】根據裝置A中的黑色粉末變紅；裝置B中白色粉末變藍；裝置C中石灰水變渾濁對產物作出判斷；
【實驗結論】根據實驗得出結論；根據表格物質的作用及數據推測產物并寫出反應的方程式．

解答 解：【設計實驗步驟】在連接好儀器后需要檢查裝置的氣密性，防止裝置漏氣；根據實驗需要通過質量的改變得出結論，因此需要先分別稱量裝置A、B、C的質量；向玻璃管中裝入CuO通一段時間的CH₄，以排凈裝置內的空氣，防止加熱時發生爆炸；然后緩緩通入足量的CH₄，加熱裝置A，使其充分反應；等反應完再停止加熱，繼續通入CH₄至冷卻到室溫，防止銅重新被氧化；最后再次分別稱量裝置A、B、C的質量，通過數據的變化進行計算；故順序為；⑥①③⑤④②；
【現象分析與數據處理】根據裝置A中的黑色粉末變紅；裝置B中白色粉末變藍；裝置C中石灰水變渾濁對產物，說明分別產生了Cu、H₂O、CO₂；
【實驗結論】①通過實驗說明甲烷具有還原性；
②根據質量守恒定律，生成的二氧化碳中碳元素的質量為0.3g，生成的水中氫元素的質量為0.2g，C：H=3：2 而甲烷中C：H=4：1，因此還生成CO；
③通過實驗及計算甲烷和氧化銅加熱生成了銅、水、二氧化碳和一氧化碳，故反應的方程式為：2CH₄+7CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+4H₂O+CO+CO₂．
故答案為：
【設計實驗步驟】⑥①③⑤④②；檢查裝置的氣密性
【現象分析與數據處理】Cu、H₂O、CO₂；
【實驗結論】
①有；
②根據質量守恒定律，生成的二氧化碳中碳元素的質量為0.3g，生成的水中氫元素的質量為0.2g，C：H=3：2 而甲烷中C：H=3：1，因此還生成CO；
③2CH₄+7CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+4H₂O+CO+CO₂ ．

點評 本題是關于甲烷的還原性的實驗探究，考查了質量守恒定律的運用及實驗的步驟、物質的性質等，可依據一氧化碳還原氧化鐵的步驟及實驗的注意事項完成，難度較大．