Question

12．小華同學用排水法收集了一大瓶沼氣池中氣體（圖1中的A），為了弄清它的成分，進行了有關實驗．請你與他一起完成以下探究活動：
【對氣體猜想】
猜想I：全部是CH₄；    
猜想Ⅱ：是CO和CH₄；
猜想Ⅲ：是CO、CH₄和CO₂的混合氣體；  
猜想Ⅳ：是CH₄和CO₂的混合氣體．
【實驗和推斷】將A中的氣體依次通入B、C后，在D處點燃．

（1）要將A中的氣體通入后面的裝置中，應選圖2中的② （填序號）“注水裝置”．
（2）若D處倒扣的是涂有澄清石灰水的燒杯，出現渾濁，且B中無明顯現象，則“猜想I、Ⅱ”可能成立；若D處倒扣的是干冷的大燒杯，杯壁有水霧出現，有同學認為“猜想I、Ⅳ”可能成立，另有同學認為此現象不能證明收集到的氣體中一定含有CH₄，理由是氣體通過B、C裝置時，會帶入水蒸氣；要排除這種干擾可采取的措施是在點燃前將氣體先通過干燥裝置．
（3）采取（2）中的排除干擾措施后：若D處分別倒扣干冷的燒杯和涂石灰水的燒杯，分別出現水霧和渾濁，且B中也出現渾濁，則證明“猜想Ⅳ”可能成立．
（4）為進一步確定（3）中沼氣池中氣體的成分，用下圖所示裝置進行研究（已知高溫條件下，甲烷和氧化鐵反應生成CO₂和H₂O）．

實驗測量D和E的質量反應后分別增加9.0g和12g，推測沼氣池中氣體的成分的組成為（假設混合氣在C裝置中反應完全）CH₄和CO₂的混合氣體．
【反思評價】在上述實驗中采用了對化學物質進行研究的常用兩種方法為：定性法、定量法．

Answer 1

分析 （1）根據①②③裝置的差異性以及該實驗的要求進行分析解答；
（2）根據甲烷和一氧化碳具有可燃性進行分析；
根據氣體通過溶液會攜帶水蒸氣，可以在檢驗氫元素之前先將溶液中攜帶的水蒸氣除去進行分析；
（3）根據B中也出現渾濁，說明混合氣中含有二氧化碳，D處分別倒扣干冷的燒杯和涂石灰水的燒杯，分別出現水霧和渾濁，說明混合氣中含有氫元素和碳元素進行分析；
（4）根據濃硫酸增加的質量是水蒸氣的質量，氫氧化鈉溶液增加的質量是二氧化碳的質量，計算出碳元素、氫元素的質量和甲烷中碳元素、氫元素的質量比進行比較；
【反思評價】根據實驗中采用的探究方法進行分析．

解答 解：（1）需要得到平穩的氣流還需要能夠控制反應的速度，通過水的滴加來實現，因此選擇分液漏斗，故選：②；
（2）甲烷和一氧化碳具有可燃性，所以D處倒扣的是涂有澄清石灰水的燒杯，出現渾濁，且B中無明顯現象，則“猜想Ⅰ、Ⅱ”可能成立；D處倒扣的是干冷的大燒杯，杯壁有水霧出現，有同學認為“猜想I、Ⅳ”可能成立，另有同學認為此現象不能證明收集到的氣體中一定含有CH₄，理由是：氣體通過B、C裝置時，會帶入水蒸氣，要排除這種干擾可采取的措施是：在點燃前將氣體先通過干燥裝置；
（3）B中也出現渾濁，說明混合氣中含有二氧化碳，D處分別倒扣干冷的燒杯和涂石灰水的燒杯，分別出現水霧和渾濁，說明混合氣中含有氫元素和碳元素，所以采取（2）中的排除干擾措施后：若D處分別倒扣干冷的燒杯和涂石灰水的燒杯，分別出現水霧和渾濁，且B中也出現渾濁，則證明“猜想Ⅳ”可能成立；
（4）濃硫酸增加的質量是水蒸氣的質量，氫氧化鈉溶液增加的質量是二氧化碳的質量，所以混合氣中氫元素質量為：9g×$\frac{2}{18}$=1g，碳元素質量為：12g×$\frac{12}{44}$=$\frac{36}{11}$g，所以碳、氫元素質量比是：36：11，甲烷中碳、氫元素質量比是：12：4=3：1，前者大，所以混合氣的組成為：CH₄和CO₂的混合氣體；
【反思評價】通過分析可知，在上述實驗中采用了對化學物質進行研究的常用兩種方法為：定性法、定量法．
故答案為：（1）②；
（2）Ⅰ、Ⅱ，氣體通過B、C裝置時，會帶入水蒸氣，要在點燃前將氣體先通過干燥裝置；
（3）Ⅳ；
（4）CH₄和CO₂的混合氣體；
【反思評價】定性法，定量法．

點評 本題考查了學生利用所要鑒別物質的性質差別，設計實驗，根據實驗中出現明顯的現象差異，達到鑒別物質的目的，實驗時要注意干擾因素的影響，該類題能較好檢驗學生對知識的掌握和應用能力．