Question

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。

(1)工業上用天然氣和水蒸氣在高溫條件下發生反應，得到CO和H₂，該反應的化學方程式為       ，得到的CO和H₂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。

(2)某他學興趣小組的同學在實驗室模擬了合成氣的制備，并設計實驗驗證合成氣的還原性。

I．用甲烷和水蒸氣在高溫條件下反應得到合成氣．根據(1)中所寫的化學方程式．合成氣中CO和H2的質量比為        。

Ⅱ．用合成氣還原足量氧化銅．實驗裝置如下圖所示：

【設計買驗步驟]

①連接好裝置并檢查氣密性。

②裝入藥品，通人一段時間合成氣。

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。

[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

       (填實驗步驟的序號)中點燃(點燃前應對氣體驗純)。

[進行實驗]該小組的同學按上述步驟進行實驗，并記錄了實驗現象和數據：

①裝置C中出現       色物質。

②稱量數據如表所示。

	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

[現象分析和數據處理]

①甲同學根據裝置C中的現象，認為是合成氣中的CO和H₂還原了CuO。       

②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。

③丙同學提出，實驗步驟⑤中通入的氣體會帶走裝置E中的部分水蒸氣，使實驗產生誤差。你認為該誤差對乙同學的推測結果是否有影響?     (選填“是”或“否”，并說明理由)。

[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；白色的無水硫酸銅遇水會變成藍色。

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上圖裝置F中盛放的試劑名稱是       。

②上圖裝置的正確連接順序是       (填字母，且每套裝置限用一次)。

[實驗反思]除了可能是CH₄也還原了CuO外，出現上表數據關系還可能是因為       (寫出一個原因，并說明理由)。

Answer 1

 (1)CH₄+H₂OCO+3H₂

(2)I．14：3

Ⅱ．[完善實驗設計]②

 [進行實驗]紅

 [現象分析和數據處理]

②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：896．0g一292．4g=3．6g

生成物中碳元索與氫元索的質量比：(3·3g×)：(3．6g×)=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來反應的CH₄，且CH₄也還原了CuO。(合理過程均給分)  

③否。因為帶走水蒸氣會使測得的CO₂質量偏低·而實際測得的生成物中碳、氫元素的質量比已經大于2 ：1，所以對推測結果無影響。(合理敘述均給分）

 [拓展探究]澄清石灰水    HGFI  

 [實驗反思]因為根據測得數據計算，生成物中碳、氧元素的質量比太置2：1，所以可能是合成氣中參與反應的CO與H₂的分子個數比大于1：3(或H₂未完全參加反應、生成的水未被完全吸收等)    (合理答案均給分)。