Question

5．工業(yè)上常用甲烷和水蒸氣在高溫條件下反應制得CO和H₂，該反應的化學方程式為CH₄+H₂O（氣）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+3H₂，反應后得到的混合氣體被稱為合成氣．某興趣小組的同學利用甲烷及新制得的合成氣進行一系列的探究實驗．
【探究一】經查閱資料知道：甲烷不與酸堿溶液反應，且具有還原性，還原氧化銅的化學方程式為：CH₄+4CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂O+CO₂+4Cu．該小組同學用檢驗氣體產物的方法驗證甲烷的還原性，他們擬用純凈的甲烷氣體和如圖1裝置進行實驗．

（1）如圖裝置的正確連接順序是DACB（填字母）．

（2）裝置優(yōu)化：經過討論，同學們認為裝置E后還應接尾氣處理裝置．
（3）步驟現象：①連接好裝置并檢查氣密性；②裝入藥品，通入一段時間合成氣；③分別稱量裝置D、E的質量；④緩緩通入合成氣，加熱裝置C，使其充分反應；⑤停止加熱，繼續(xù)通入合成氣至恢復到室溫；⑥再次分別稱量裝置D、E的質量．該小組的同學按上述步驟進行實驗，實驗發(fā)現裝置C中出現紅色物質，稱量數據如下表所示：

	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

（4）數據分析：同學們認真分析了實驗現象、實驗數據和相關性質，認為是新制得的合成氣中的CO、H₂、CH₄（填氣體化學式）還原了氧化銅．

Answer 1

分析 （1）根據驗證生成物的順序進行分析，先驗證生成水，再驗證生成二氧化碳．
（2）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．
（3）反應后裝置C中黑色的氧化銅逐漸變?yōu)榧t色的銅．
（4）分析表中數據可知生成物中CO₂、H₂O的質量，采用極端分析法討論若全部是CO和H₂參與反應得到的CO₂、H₂O的質量比與全部是甲烷參與反應得到的二者相比較來分析．

解答 解：（1）先驗證生成水，再驗證生成二氧化碳，以防氣體通過石灰水時帶出水蒸氣從而影響水的驗證，故填：DACB．
（2）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(fā)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，故填：接尾氣處理裝置．
（3）反應后裝置C中黑色的氧化銅逐漸變?yōu)榧t色的銅，所以裝置C中的固體是銅，為紅色，故填：紅．
（4）如果只有CO和H₂，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2：1；如果只有CH₄還原足量CuO，生成物中碳元素與氫元索的質量比為3：1．現測得CO₂的質量：201.5g-198.2g=3.3g，H₂0的質量：296.0g-292.4g=3.6g
生成物中碳元素與氫元素的質量比：（3.3g×$\frac{12}{44}$）：（3.6g×$\frac{2}{18}$）=9：4，9；4介于2：1和3：1之間，由此可推測出，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．
故答案為：CO、H₂、CH₄．

點評 本題是一道較為綜合的實驗探究題，可以很好的培養(yǎng)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．