Question

【題目】已知碳化鋁（Al4C3)與水反應生成氫氧化鋁和甲烷。為了探究甲烷性質，某同學設計如下兩組實驗方案：

甲：方案探究甲烷與氧化劑反應（如圖1所示）；

乙：方案探究甲烷與氯氣反應的條件（如圖2所示）。

甲方案實驗現象:溴水不褪色，無水硫酸銅變藍色，澄清石灰水變渾濁。

乙方案實驗操作過程：通過排飽和食鹽水的方法收集兩瓶甲烷與氯氣（體積比為1:4)的混合氣體，I瓶放在光亮處，II瓶用預先準備好的黑色紙套套上，按圖2安裝好裝置，并加緊彈簧夾a和b。

（1）碳化鋁與稀硫酸反應的化學方程式為__________。

（2）實驗甲中濃硫酸的作用是 ______，集氣瓶中收集到的氣體 ____(填“能”或“不能”)直接排入空氣中。

（3）下列對甲方案實驗中的有關現象與結論的敘述都正確的是________(填標號）。

A.酸性高錳酸鉀溶液不褪色，結論是通常條件下甲烷不能與強氧化劑反應

B.硬質玻璃管里黑色粉末無顏色變化，結論是甲烷不與氧化銅反應

C.硬質玻璃管里黑色粉末變紅色，推斷氧化銅與甲烷反應只生成水和二氧化碳

D.甲烷不能與溴水反應，推知甲烷不能與鹵素單質反應

（4）寫出甲方案實驗中硬質玻璃管里可能發生反應的化學方程式：___（假設消耗甲烷與氧化銅的物質的量之比為2:7)

（5）—段時間后，觀察到圖2裝置中出現的實驗現象是 ________；然后打開彈簧夾a、b,現察到的實驗現象是__________。

Answer 1

【答案】 Al4C3＋6H2SO4=2Al2(SO4)3＋3CH4↑ 干燥甲烷 不能 A 2CH4＋7CuO7Cu＋CO2↑＋4H2O 在I瓶中，氣體顏色逐漸變淺，瓶壁上出現油狀液滴，II瓶中無現象 水倒吸入I瓶中，同時I瓶中出現少量白霧，II瓶中無現象

【解析】（1）碳化鋁（Al4C3）與水反應生成氫氧化鋁和甲烷，碳化鋁與硫酸反應可理解為碳化鋁（Al4C3）與水反應，產物再和硫酸反應，所以產物為硫酸鋁和甲烷，反應方程式為：Al4C3＋6H2SO4=2Al2(SO4)3＋3CH4↑；（2）碳化鋁與硫酸反應生成硫酸鋁和甲烷，甲方案探究甲烷與氧化劑反應，盛放濃硫酸的裝置放置在氧化劑氧化銅之前，所以實驗甲中濃硫酸的作用是干燥CH4，甲烷和氧化銅反應，碳元素化合價升高，生成碳的氧化物，產物中可能有一氧化碳生成，所以集氣瓶中收集到的氣體不能直接排放到空氣中；（3）A．甲烷不能與強氧化劑反應，若能反應，則酸性高錳酸鉀溶液在甲烷的作用下會褪色，現不褪色，結論是通常條件下，甲烷不能與強氧化劑反應，A正確；B．甲烷能與氧化銅反應，當少量甲烷參加反應，硬質試管里為大量黑色粉末氧化銅和少量銅的混合物，也可能為氧化亞銅，現象無顏色變化，結論是甲烷不與氧化銅反應時錯誤的，B錯誤；C．氧化銅與甲烷反應生成水和二氧化碳、一氧化碳，硬質試管里黑色粉末也能變紅色，C錯誤；D．甲烷不能與溴水反應，但甲烷能與鹵素單質發生取代反應，D錯誤；答案選A；（4）甲烷中碳元素化合價為-4價，甲烷與氧化銅反應，碳元素化合價升高，甲烷與氧化銅物質的量之比2：7，先根據氫守恒確定水前系數，再根據碳、氧守恒得硬質試管里可能發生的化學方程式為：2CH4＋7CuO7Cu＋CO2↑＋4H2O；（5）由于甲烷和氯氣在光照條件下發生反應，生成物有CH3Cl（氣體）、CH2Cl2（油狀液體）、CHCl3（油狀液體）、CCl4（油狀液體）、HCl（極易溶于水），一段時間后，觀察到圖2裝置中出現的實驗現象是：在I瓶中，氣體顏色逐漸變淺，瓶壁上出現油狀液滴，Ⅱ瓶中無現象，然后打開彈簧夾a、b，觀察到的實驗現象是：水倒吸入I瓶中，同時I瓶中出現少量白霧，Ⅱ瓶中無現象。