Question

15．天然氣的主要成分是甲烷（CH₄）．
化學興趣小組的同學對甲烷燃燒的產(chǎn)物產(chǎn)生了興趣：
[提出問題]甲烷燃燒后生成哪些物質(zhì)？
[查閱資料]含碳元素的物質(zhì)完全燃燒生成CO₂，不完全燃燒生成CO；無水CuSO₄遇水變藍．
[猜想與假設]甲 CO₂、H₂O；乙 CO、H₂O；丙 NH₃、CO₂、H₂O；丁 CO₂、CO、H₂O．
你認為丙同學的猜想是錯誤的，理由是化學反應前后元素的種類不變而反應前不含氮元素，生成物中不可能生成氨氣．
[實驗探究]為了驗證上述猜想與假設，將甲烷在一定量的O₂中燃燒的產(chǎn)物依次通過如圖所示裝置：

（1）A、B裝置的順序能否顛倒？否（填“能”或“否”）．
（2）實驗中用純凈O₂而不用空氣的原因是空氣中含有CO₂和H₂O干擾對產(chǎn)物的鑒別．
（3）實驗中觀察到A中無水CuSO₄變藍，B、D中澄清石灰水變渾濁，C中紅色粉末變成黑色，由此推斷丁同學猜想成立．
（4）請寫出C中紅色粉末變成黑色的化學方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe+3CO₂．
[反思與交流]為避免有毒的CO污染環(huán)境，所以含碳元素的物質(zhì)燃燒必須滿足的條件是氧氣充足．

Answer 1

分析 【猜想與假設】：根據(jù)質(zhì)量守恒定律考慮；
【實驗探究】
（1）根據(jù)顛倒后的后果考慮；
（2）根據(jù)空氣與純凈氧氣的區(qū)別考慮；
（3）根據(jù)無水CuSO₄變藍，B、D中澄清石灰水變渾濁，C中紅色粉末變成黑色分析出氣體成分；
（4）根據(jù)方程式的寫法考慮．

解答 解：
【猜想與假設】
根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知化學反應前后元素的種類不變，反應物中是甲烷和氧氣，不含有氮元素，生成物中不可能生成氨氣，所以丙假設錯誤；
【實驗探究】
（1）如果順序顛倒，由于石灰水中有水，就不能證明混合氣體中是否有水；
（2）由于空氣中含有水分和二氧化碳，用空氣就無法驗證混合氣體中是否含有水和二氧化碳，因為到底是混合氣體中的水和二氧化碳，還是空氣中的水和二氧化碳，無法確定；
（3）A中無水CuSO₄變藍說明混合氣體中有水，B中石灰水變渾濁說明混合氣體中含有二氧化碳，B中石灰水有兩個作用：驗證二氧化碳的存在，除去二氧化碳；D中澄清石灰水變渾濁，C中紅色粉末變成黑色說明具有還原性氣體，且與氧化鐵反應能生成二氧化碳，所以說明混合氣體中含有一氧化碳；
（4）B中澄清石灰水變渾濁的反應物是氫氧化鈣和二氧化碳，生成物是碳酸鈣沉淀和水，碳酸鈣后面標上沉淀符號；C中紅色粉末變成黑色的反應物是一氧化碳和氧化鐵，生成物是鐵和二氧化碳，用得失氧進行配平，反應條件是高溫，寫在等號的上邊．由于可燃物不完全燃燒能生成一氧化碳，污染環(huán)境，所以要讓可燃物完全燃燒，所以需要充足的氧氣．
答案：
【猜想與假設】
丙、化學反應前后元素的種類不變而反應前不含氮元素，生成物中不可能生成氨氣；
【實驗探究】
（1）否；                       
（2）空氣中含有CO₂和H₂O干擾對產(chǎn)物的鑒別；
（3）丁；                                  
（4）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$  2Fe+3CO₂；
[反思與交流]氧氣充足．

點評 解答本題的關(guān)鍵是要知道無水硫酸銅由白色變?yōu)樗{色說明有水生成，能使澄清石灰水變渾濁的氣體是二氧化碳，還要知道一氧化碳與氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳．