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:溴水不褪色，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）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。

（3）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________(填标号）。

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.硬质玻璃管里黑色粉末无颜色变化，结论是甲烷不与氧化铜反应

C.硬质玻璃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

（4）写出甲方案实验中硬质玻璃管里可能发生反应的化学方程式：___（假设消耗甲烷与氧化铜的物质的量之比为2:7)

（5）—段时间后，观察到图2装置中出现的实验现象是 ________；然后打开弹簧夹a、b,现察到的实验现象是__________。

Answer

Al4C3＋6H2SO4=2Al2(SO4)3＋3CH4↑ 干燥甲烷 不能 A 2CH4＋7CuO7Cu＋CO↑+CO2↑＋4H2O 在I瓶中，气体颜色逐渐变浅，瓶壁上出现油状液滴，II瓶中无现象 水倒吸入I瓶中，同时I瓶中出现少量白雾，II瓶中无现象

【解析】

（1）碳化铝（Al4C3）与水反应生成氢氧化铝和甲烷，碳化铝与硫酸反应可理解为碳化铝（Al4C3）与水反应，产物再和硫酸反应，所以产物为硫酸铝和甲烷，反应方程式为：Al4C3＋6H2SO4=2Al2(SO4)3＋3CH4↑；（2）碳化铝与硫酸反应生成硫酸铝和甲烷，甲方案探究甲烷与氧化剂反应，盛放浓硫酸的装置放置在氧化剂氧化铜之前，所以实验甲中浓硫酸的作用是干燥CH4，甲烷和氧化铜反应，碳元素化合价升高，生成碳的氧化物，产物中可能有一氧化碳生成，所以集气瓶中收集到的气体不能直接排放到空气中；（3）A．甲烷不能与强氧化剂反应，若能反应，则酸性高锰酸钾溶液在甲烷的作用下会褪色，现不褪色，结论是通常条件下，甲烷不能与强氧化剂反应，A正确；B．甲烷能与氧化铜反应，当少量甲烷参加反应，硬质试管里为大量黑色粉末氧化铜和少量铜的混合物，也可能为氧化亚铜，现象无颜色变化，结论是甲烷不与氧化铜反应时错误的，B错误；C．氧化铜与甲烷反应生成水和二氧化碳、一氧化碳，硬质试管里黑色粉末也能变红色，C错误；D．甲烷不能与溴水反应，但甲烷能与卤素单质发生取代反应，D错误；答案选A；（4）甲烷中碳元素化合价为-4价，甲烷与氧化铜反应，碳元素化合价升高，甲烷与氧化铜物质的量之比2：7，先根据氢守恒确定水前系数，再根据碳、氧守恒得硬质试管里可能发生的化学方程式为：2CH4＋7CuO7Cu＋CO↑+CO2↑＋4H2O；（5）由于甲烷和氯气在光照条件下发生反应，生成物有CH3Cl（气体）、CH2Cl2（油状液体）、CHCl3（油状液体）、CCl4（油状液体）、HCl（极易溶于水），一段时间后，观察到图2装置中出现的实验现象是：在I瓶中，气体颜色逐渐变浅，瓶壁上出现油状液滴，Ⅱ瓶中无现象，然后打开弹簧夹a、b，观察到的实验现象是：水倒吸入I瓶中，同时I瓶中出现少量白雾，Ⅱ瓶中无现象。