Question

已知碳化铝（Al₄C₃）与水反应生成氢氧化铝和甲烷。为了探究甲烷性质，某同学设计如下两组实验方案：甲方案探究甲烷与氧化剂反应（如图1所示）；乙方案探究甲烷与氯气反应的条件（如图2所示）。

甲方案实验现象：溴水无颜色变化，无水硫酸铜变蓝色，澄清石灰水变浑浊。

乙方案实验操作过程：通过排饱和食盐水的方法收集两瓶甲烷与氯气（体积比为1∶4）的混合气体，I瓶放在光亮处，II瓶用预先准备好的黑色纸套套上，按图2安装好装置，并加紧弹簧夹a和b。

（1）碳化铝与稀硫酸反应的化学方程式为                          。

（2）写出甲方案实验中硬质试管里可能发生的化学方程式                （实验测得消耗甲烷与氧化铜物质的量之比2∶7）。

（3）实验甲中浓硫酸的作用是            ，集气瓶中收集到的气体          （填“能”或“不能”）直接排入空气中？

（4）下列对甲方案实验中的有关现象与结论的叙述都正确的是（      ）

A．酸性高锰酸钾溶液不褪色，结论是通常条件下，甲烷不能与强氧化剂反应

B．硬质试管里黑色粉末变红色，说明氧化铜发生了氧化反应

C．硬质试管里黑色粉末变红色，推断氧化铜与甲烷反应只生成水和二氧化碳

D．甲烷不能与溴水反应，推知甲烷不能与卤素单质反应

（5）乙方案中烧杯里放入足量的水，打开弹簧夹a、b，一段时间后，观察到有水倒吸到I瓶中，但水并不能充满I瓶，请写出该实验现象所涉及的一个化学方程式                。除了上述现象外，该实验中还可能观察到的现象有             （填序号）。

A．I瓶中气体颜色变浅                                B．I瓶中出现白雾

C．I瓶瓶内壁出现油状物质                            D．II瓶中与I瓶现象相同

Answer

（1）Al4C3+6H2SO4=2Al2(SO4)3+3CH4↑

（2）2CH4+7CuO7Cu+CO2+CO+4H2O

（3）干燥甲烷 不能 （4）A

（5）CH4+Cl2CH3Cl+HCl ABC

【解析】

试题分析：（1）已知碳化铝（Al4C3）与水反应生成氢氧化铝和甲烷，用设1法配平可得：Al4C3 + 6 H2SO4 = 2 Al2(SO4)3 + 3 CH4↑；（2）由甲方案的目的是探究甲烷与氧化剂反应、实验测得消耗甲烷与氧化铜物质的量之比2∶7可知，设甲烷的系数为2，先后依据铜、氢、氧、碳原子个数守恒可得：硬质试管里可能发生的化学方程式为2 CH4 + 7 CuO 7 Cu + CO2 + CO + 4 H2O；（3）浓硫酸具有吸水性，且不能与甲烷反应，因此实验甲中浓硫酸起干燥甲烷的作用；集气瓶是尾气处理装置，其中收集到的不溶于水的气体主要是CO，CO气体有毒，不能直接排入空气；（4）A、酸性高锰酸钾溶液不褪色，结论是通常条件下，甲烷不能与强氧化剂反应，A正确；B、硬质试管里黑色粉末变红色，说明氧化铜发生了还原反应，因为铜元素由+2价降低到0价，B错误；C、硬质试管里黑色粉末变红色，推断氧化铜与甲烷反应不仅仅生成水和二氧化碳，还生成了具有还原性的CO，C错误；D、甲烷不能与溴水反应，推知甲烷不能与卤素单质的水溶液反应，但是甲烷能与纯净的卤素单质在光照或高温下发生取代反应，D错误；答案选A；（5）乙方案中烧杯里放入足量的水，打开弹簧夹a、b，一段时间后，观察到有水倒吸到I瓶中，但水并不能充满I瓶，说明甲烷与氯气在光照下生成了易溶于水的氯化氢气体，因此推断发生了取代反应，如CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl；A、I瓶中气体颜色变浅，因为黄绿色的氯气逐渐消耗完全，A正确；B、I瓶中出现白雾，因为生成的氯化氢气体容易与水蒸气结合为盐酸小液滴，B正确；C、I瓶瓶内壁出现油状物质，因为甲烷与氯气发生取代反应，生成的一氯甲烷是气体，二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳是油状液体，C正确；D、II瓶中与I瓶现象不相同，因为I有光照条件，能发生取代反应，II缺少光照条件，不能发生取代反应，D错误；答案选ABC。

考点：本题考查甲烷的制备方法、主要性质实验探究、混合物的分离与提纯、实验现象的分析与解释。

【名师点晴】控制变量思想方法，探究实验异常现象成为近几年实验探究命题的热点，突出对实验能力的考查。该题为实验探究题，装置图、流程图很简单，但探究过程较复杂，准确全面获取信息、通过控制变量思想进行逻辑分析是解题的关键，凭感觉做题，不容易准确获取题中信息。该类试题的解题策略为：（1）确定变量：解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。（2）定多变: 在探究时，应该先确定其他的因素不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。（3）数据有效；解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法做出正确判断。