Question

为了探究甲烷的性质，某同学设计如下两组实验方案。

（甲方案）探究甲烷与氯气反应的条件，如图所示。Ⅰ瓶放在光亮处，Ⅱ瓶用预先准备好的黑色纸套套上，并夹紧弹簧夹a和b。

一段时间后，打开弹簧夹a、b，观察到有水倒吸入Ⅰ瓶中，但水并不能充满Ⅰ瓶。除了上述现象外，该实验中还可能观察到的现象有______________(填字母)。

A.Ⅰ瓶中气体颜色变浅      B.Ⅰ瓶中出现白雾

C.Ⅰ瓶内壁出现油状物质      D.Ⅱ瓶中与Ⅰ瓶现象相同

（乙方案）探究甲烷与氧化剂反应，如图所示。已知碳化铝()与水反应生成氢氧化铝和甲烷。

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。

回答下列问题：

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

(2)加入药品前，应先进行的一步操作是__________________________。

(3)下列对实验中的有关现象与结论叙述都正确的是_____________(填字母)。

A.甲烷不能与溴水反应，推知甲烷不能与卤素单质反应

B.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

C.硬质玻璃管中黑色粉末无颜色变化，结论是甲烷不与氧化铜反应

D.硬质玻璃管中黑色粉末变红色，推断氧化铜与甲烷反应只生成水和二氧化碳

(4)经测定，甲烷与氧化铜反应时每消耗1mol甲烷转移电子7mol，写出实验时硬质玻璃管中发生反应的化学方程式___________________________________。

(5)浓硫酸的作用是__________________________，集气瓶中排水法收集到的气体__________(填“能”或“不能”)直接排入空气中。

Answer

ABC Al4C3+6H2SO4=2Al2(SO4)3+3CH4↑ 检查装置气密性 B 2CH4+7CuO7Cu+CO+CO2+4H2O 干燥CH4 不能

【解析】

甲方案：甲烷和氯气在光照条件下可以发生取代反应，生成多种氯代物和HCl；

乙方案：首先利用碳化铝和稀硫酸反应生成甲烷，依次通过溴水、酸性高锰酸钾溶液，观察溶液的颜色判断甲烷能否与溴水、酸性高锰酸钾反应；之后用浓硫酸干燥，干燥后在加热条件下和 氧化铜反应，无水硫酸铜可以检验是否有水生成，澄清石灰水检验是否有CO2生成，最后利用排水收集尾气。

甲方案：甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应，生成物有中CH3Cl(气体)、CH2Cl2(油状液体)、CHCl3(油状液体)、CCl4(油状液体)、HCl(极易溶于水)，所以打开弹簧夹a、b，一段时间后，观察到有水倒吸到I瓶中，但CH3Cl(气体)难溶于水，所以水并不能充满I瓶；氯气为黄绿色气体，所以反应后I瓶中气体颜色变浅；HCl遇水蒸气凝结成小液滴，所以I瓶中出现白雾；而液体的氯化物难溶于水，为油状液体，所以内壁出现油状物质，Ⅱ瓶中由于没有光照，不能反应，所以无现象，II瓶中与I瓶现象不相同；

综上所述答案为ABC；

乙方案：(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)该反应中涉及气体的制取、收集，所以加入药品前要先检查装置气密性；

(3)A．甲烷可以和氯气在光照条件下发生取代反应，故A错误；

B．甲烷若能反应，则酸性高锰酸钾溶液在甲烷的作用下会褪色，实际上不褪色，说明通常条件下，甲烷不能与强氧化剂反应，故B正确；

C．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，也会无颜色变化，故C错误；

D．若甲烷还原氧化铜时生成CO，硬质试管里黑色粉末也能变红色，故D错误；

综上所述选B；

(4)根据“无水硫酸铜变蓝色，澄清石灰水变浑浊”可知氧化铜与甲烷反应时会产生CO2和H2O，假如C元素全部转化为CO2，则1molCH4反应转移8mol电子，实际上只转移7mol，说明产物中有CO，结合元素守恒可得化学方程式为: 2CH4+7CuO7Cu+CO+CO2+4H2O；

(5)为确定甲烷与氧化铜反应时是否有水生成，甲烷与氧化铜反应之前要先用浓硫酸进行干燥；集气瓶中的气体有CO和未反应的CH4，CO有毒，不能直接排入空气。