Question

小华所在的化学兴趣小组同学，在学习燃料的合理利用与开发后，对“天然气的主要成分甲烷燃烧后的气体产物是什么”产生了兴趣。他们在老师的指导下进行探究，请你参与探究并回答下列问题：

（提出问题）甲烷燃烧后生成哪些气体物质？

（查阅资料）①含碳元素的物质完全燃烧生成CO₂，不完全燃烧生成CO；②白色无水硫酸铜粉末遇水变蓝色。

（猜想假设）猜想Ⅰ：CO₂、H₂O；猜想Ⅱ：CO、H₂O；猜想Ⅲ：_____。

（实验设计）将甲烷在一定量纯净氧气中燃烧的产物依次通过A～E装置（部分夹持、固定装置省略）进行实验：

观察到的现象：①A中白色粉末变为蓝色；②B、E中澄清石灰水变浑浊；③D中红棕色粉末变成黑色。

（实验结论）根据以上实验现象可推断出猜想_____成立。

（反思交流）（1）装置B的作用是鉴别是否有_____生成，其中发生反应的化学方程式为_____；装置C的作用是_____。

（2）实验过程中用纯净的氧气而不用空气的原因是空气中含有_____，影响实验结果。

（实验改进）小明认为图示实验装置有缺陷，还应该在C、D装置之间增加一个装有澄清石灰水的洗气瓶。请你帮小明说明理由：_____。

（拓展延伸）日常生活中使用含碳燃料时，请你说出一条防止一氧化碳中毒的方法：_____。

Answer

CO2、CO、H2O Ⅲ 二氧化碳 CO2+Ca（OH）2＝CaCO3↓+H2O 吸收二氧化碳 水蒸气和二氧化碳 检验二氧化碳是否被完全吸收 开窗通风，保持空气流通

【解析】

[猜想假设]根据质量守恒定律，甲烷分子式为CH4，与O2反应，则生成物为碳氧化合物、氢氧化合物，所以生成物为CO或CO2、H2O，当氧气足量，则生成CO2、H2O，当氧气少量，则生成CO、H2O，而当氧气适量时，甲烷部分完全燃烧，部分不完全燃烧，则生成物就为CO、CO2、H2O的混合物，所以除了上述两个猜想外，猜想Ⅲ则为三者混合物；故填：CO2、CO、H2O。

[实验结论]①中硫酸铜变蓝色，说明有水蒸气存在，②澄清石灰水变浑浊说明有二氧化碳存在，③红棕色氧化铁被还原为黑色固体铁，说明有一氧化碳存在，将氧化铁还原，根据三个实验现象推断生成物中有CO2、CO、H2O，所以猜想Ⅲ成立；故填：Ⅲ。

[反思交流]（1）澄清石灰水与二氧化碳生成碳酸钙沉淀，可使石灰水变浑浊，是二氧化碳重要性质，所以用澄清石灰水作为检验二氧化碳的试剂使用，同时二氧化碳可被氢氧化钠吸收，避免混入一氧化碳，对后面实验造成影响；故填：二氧化碳；CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O；吸收二氧化碳。

（2）实验是为了验证甲烷可以与氧气反应生成二氧化碳和水，如果用空气进行燃烧反应，那空气中的二氧化碳与水也可以发生上述的实验现象，不足以证明甲烷与氧气反应可以生成二氧化碳和水；故填：水蒸气和二氧化碳。

[实验改进]由于二氧化碳的生成量未知，同时加入氢氧化钠溶液的量是否能把二氧化碳全部吸收也未知，而在C、D之间加入一个澄清石灰水的洗气瓶后，可以通过观察澄清石灰有无变浑浊现象，判断二氧化碳是否还有残存。故填：检验二氧化碳是否被完全吸收。

[拓展延伸]根据上述实验可知，含碳燃料在氧气充足的情况下，不会产生一氧化碳，所以给予充足的氧气，可以有效避免一氧化碳生成，最简单方法就是增加空气流动，保证氧气的充足；故填：开窗通风，保持空气流通。