Question

甲、乙两位同学在学习甲烷的性质时，发现甲烷与氢气和一氧化碳在性质上有很多相似之处，如密度比空气小，难溶于水，具有可燃性等。但H₂和CO都具有还原性，那么甲烷有没有还原性呢？为了验证甲烷是否具有还原性，乙同学设计以下实验装置并进行实验探究：

[实验装置]

[查阅资料]白色无水CuSO₄遇水变蓝，有吸水性。

[实验步骤]（假设药品都是足量的，氢氧化钠溶液的作用是防止空气中的CO₂进入装置C）

①分别称量装置A、B、C的质量；②向玻璃管中装入CuO；③先通一段时间的CH₄，再加热装置A，使其充分反应；④停止加热，继续通入CH₄至玻璃管冷却到室温；⑤再次分别称量装置A、B、C的质量。

先通一段时间的CH₄，再加热装置A的目的是_____。甲同学认为还缺少一个步骤，缺少的步骤是_____。

[进行实验]乙同学按照正确的步骤进行实验，并记录了实验现象和数据

装置A中的黑色粉末变红；装置B中白色粉末变蓝；装置C中石灰水变浑浊；称量数据如下表所示

	装置A中玻璃管（含药品）的质量	装置B的质量	装置C的质量
反应前	150g	156.6g	256.8g
反应后	147.2g	158.4g	257.9g

[现象分析与数据处理]

根据装置ABC中的现象可推知，CH₄与CuO充分反应后的产物依次是_____、_____、_____。

[实验结论]

（1）CH₄_____ （填“有”或“没有”）还原性。

（2）根据实验数据，甲同学提出甲烷与氧化铜反应的产物中还有一氧化碳，生成一氧化碳的质量为_____克。

（3）装置A中发生反应的化学方程式为_____。

Answer

排尽空气，以免加热时发生爆炸 检查装置的气密性 Cu H2O CO2 有 0.7

【解析】

[实验步骤] 先通一段时间的CH4，再加热装置A的目的是排尽空气，防止甲烷和空气的混合气体受热而发生爆炸。为防止装置漏气影响实验结果，甲同学认为还缺少一个步骤，缺少的步骤是检查装置的气密性；

[进行实验]装置A中的黑色粉末变红，说明氧化铜被还原生成了铜，固体减少的质量即为参加反应的氧化铜中氧元素的质量=150g-147.2g=2.8g；装置B中白色粉末变蓝，说明有水生成，B装置增加的量即为生成水的质量=158.4g-156.6g=1.8g；装置C中石灰水变浑浊说明生成二氧化碳，增加的量为生成二氧化碳的质量=257.9g-256.8g=1.1g；

[现象分析与数据处理]

根据装置ABC中的现象可推知，CH4与CuO充分反应后的产物依次是铜、水、二氧化碳；

[实验结论]

（1）由反应现象可知，CH4夺取了氧，具有还原性；

（2）根据质量守恒定律可知，反应前后元素的种类、质量不变。生成二氧化碳中碳元素的质量为1.1g =0.3g，则氧元素=0.8g；生成的水中氢元素的质量为=1.8g=0.2g，则氧元素=1.6g；则C：H=3：2， 而甲烷中C：H=4：1，因此可知，还生成了一氧化碳，生成一氧化碳的质量为（2.8g-0.8g-1.6g）÷ =0.7g，且其中碳元素的质量为0.3g；

（3）根据质量守恒定律反应前后元素的种类、质量不变可知，参加反应的甲烷的质量为：0.3g+0.3g+0.2g=0.8g，氧化铜的质量为：2.8g÷ 14g，则生成铜的质量为14g-2.8g=11.2g，即甲烷、氧化铜、铜、水、一氧化碳、二氧化碳的质量比为：0.8g：14g：11.2g：1.8g：0.7g：1.1g，装置A中发生反应的化学方程式为。