Question

13．一碳化學是以分子中只含一個碳原子的化合物（如CO、CH₄等）為原料來合成一系列化工原料和燃料的化學，工業上用天然氣和水蒸氣在高溫條件下發生反應，得到的CO和H₂分子個數比為1：3的混合氣被稱為合成氣，合成氣在工業上可用于合成一系列化工原料和新型燃料，還可用于冶煉某些金屬．
某興趣小組的同學在實驗室設計實驗驗證合成氣的還原性．用合成氣還原足量氧化銅．實驗裝置如圖所示：

【設計買驗步驟】
①連接好裝置并檢查氣密性．②裝入藥品．③通入一段時間合成氣．④分別稱量裝置D、E的質量．⑤緩緩通入合成氣，加熱裝置C，使其充分反應．⑥停止加熱，繼續通入合成氣至恢復到室溫．⑦再次分別稱量裝置D、E的質量，
【完善實驗設計】
經過討論同學們認為，裝置E后還應添加一個酒精燈，并在實驗步驟②后點燃酒精燈．（填實驗步驟的序號）
【進行實驗】該小組的同學按上述步驟進行實驗，并記錄了實驗數據：

	裝置D的質量	裝置E的質量
反應前	292.4g	198.2g
反應后	296.0g	201.5g

【現象分析和數據處理】
（1）甲同學根據C中黑色的氧化銅逐漸變為紅色現象，認為是合成氣中的CO和H₂還原了CuO．
（2）操作⑥通合成氣的作用除了將生成的氣體趕入后面裝置充分吸收外，還有防止銅被重新氧化，乙同學通過對上表數據的分析，推測除了CO和H₂以外，制得的合成氣中可能還有未反應的CH₄，且CH₄也還原了CuO．試通過計算說明他的推測依據該實驗生成物中碳、氫元素的質量比與一氧化碳和氫氣還原氧化銅后碳、氫元素的質量比不符．
【拓展探究】該小組同學對于CH₄是否真的能夠還原氧化銅提出了質疑并進行探究．
查閱資料：甲烷具有還原性，可以還原氧化銅，生成CO₂和H₂O；
實驗設計：該小組同學擬用純凈的甲烷氣體和如下裝置進行實驗．

①如圖裝置F中盛放的試劑名稱是澄清的石灰水．
②如圖裝置的正確連接順序是HGFI（填字母，且每套裝置限用一次）．

Answer 1

分析 Ⅱ．[完善實驗設計]可根據反應步驟分析解答；
[進行實驗]
①可根據氫氣和一氧化碳具有還原性分析解答；
[現象分析和數據處理]
②分析表中數據可知生成物中二氧化碳和水的質量，采用極值法分析．若全部是CO和H₂參與反應得到的二氧化碳、水的質量比與全部是甲烷參與反應得到的二者相比較，并進而分析對比碳、氫元素的質量比加以判斷；
[拓展探究]
①要證明甲烷參與反應，可通過證明反應后的生成物來判斷，檢驗二氧化碳用澄清的石灰水；
②根據反應的過程來確定順序，且一般驗證氣體先驗證水蒸氣，因為氣體從溶液中出來會帶來部分水蒸氣．

解答 解：Ⅱ．[完善實驗設計]裝入藥品，通人一段時間合成氣的目的是排出試管中的空氣，防止發生爆炸，該部分氣體并未用于還原氧化銅．而一氧化碳有毒，與氫氧化鈉溶液不反應，所以此時在裝置末端點燃酒精燈進行尾氣處理，防止污染大氣；
故答案為：②；
【現象分析和數據處理】
（1）氫氣和一氧化碳具有還原性，與氧化銅反應生成銅，所以裝置C中黑色的氧化銅逐漸變為紅色；
（2）操作⑥通合成氣的作用除了將生成的氣體趕入后面裝置充分吸收外，還有防止銅被重新氧化，
反應前后元素的質量不變，如果只有一氧化碳和氫氣，還原足量CuO，合成氣中CO與H₂的分子個數比為1：3，生成物中碳元素與氫元素的質量比為12：3×2=2：1；如果只有甲烷還原足量CuO，生成物中碳元素與氫元索的質量比為12：4=3：1；
現測得二氧化碳的質量：201.5g-198.2g=3.3g，水的質量：296.0g一292.4g=3.6g
∴生成物中碳元素與氫元素的質量比：（3•3g×$\frac{12}{44}$×100%）：（3.6g×$\frac{2}{18}$×100% ）=9：4；
9；4介于2：1和3：1之間，由此可推測出，除了一氧化碳和氫氣以外，制得的合成氣中可能還有來反應的甲烷，且甲烷也還原了CuO；
故答案為：該實驗生成物中碳、氫元素的質量比與一氧化碳和氫氣還原氧化銅后碳、氫元素的質量比不符；
[拓展探究]
①要證明甲烷還原氧化銅，只要證明生成物中有二氧化碳和水生成即可，所以F裝置應是檢驗生成二氧化碳的，用澄清石灰水；
故答案為：澄清的石灰水；
②分析該實驗的目的可知實驗中各裝置的用途分別是：裝置H是還原CuO，G是用來證明水的生成，F是證明二氧化碳生成，I是處理尾氣，所以順序為HGFI；
故答案為：HGFI
答案：
【完善實驗設計】②；
【現象分析和數據處理】
（1）黑色的氧化銅逐漸變為紅色；
（2）防止銅被重新氧化；
[拓展探究]
①澄清的石灰水；
②HGFI．

點評 本題是一道較為綜合的實驗探究題，可以很好的培養學生分析問題解決問題的能力，要依據題目所給的信息細心分析解答．