Question

达州盛产天然气，有“中国气都”之称的美誉．天然气的主要成分是甲烷（CH₄），我校化学兴趣小组的同学对甲烷燃烧的产物产生了兴趣，参与探究。

【提出问题】：甲烷燃烧后生成哪些物质？

【查阅资料】：含碳元素的物质完全燃烧生成CO₂，不完全燃烧生成CO；无水CuSO₄遇水变蓝。

【猜想与假设】：

猜想甲： CO₂ H₂O；

猜想乙： CO₂   CO  H₂O；

猜想丙： ______________

【实验探究】：为了验证上述猜想与假设，将甲烷在一定量的O₂中燃烧的产物依次通过如图所示装置：

（1）甲、乙装置的顺序能否颠倒？_______（填“能“或“否”）

（2）实验中用纯净O₂而不用空气的原因是 _____________________ 。

（3）实验中观察到甲中无水CuSO₄变蓝，乙、戊中澄清石灰水变浑浊，丁中红色粉末变成黑色，由此推断_______ 同学猜想成立。

（4）装置乙的作用是___________________________，写出丁中发生的化学反应化学方程式：________________________ 。

【反思与交流】：为避免有毒的CO污染环境，所以含碳元素的物质燃烧必须满足的条件是__________________________。

实验结束，对相关装置进行称量（忽略空气成分对实验的干扰）：甲装置增重3.6g，乙装置增重2.2g。那么燃烧甲烷的质量为 _____ g，并写出该实验中甲烷燃烧的化学方程式 __________________________________________。

Answer

CO和H2O 否 空气中CO2和水蒸气影响实验测定 乙 检验并除去CO2 3CO＋F2O32Fe＋3CO2 提供充足氧气 1.6 4CH4＋7O22CO2＋2CO＋8H2O

【解析】【猜想与假设】根据质量守恒定律可知化学反应前后元素的种类不变，反应物中是甲烷和氧气，如果不完全燃烧生成一氧化碳和水；

（1）如果顺序颠倒，由于石灰水中有水，就不能证明混合气体中是否有水；

（2）由于空气中含有水分和二氧化碳，用空气就无法验证混合气体中是否含有水和二氧化碳，因为到底是混合气体中的水和二氧化碳，还是空气中的水和二氧化碳，无法确定；

（3）甲中无水CuSO4变蓝说明混合气体中有水，乙中石灰水变浑浊说明混合气体中含有二氧化碳，乙中石灰水有两个作用：验证二氧化碳的存在，除去二氧化碳；戊中澄清石灰水变浑浊，丁中红色粉末变成黑色说明具有还原性气体，且与氧化铁反应能生成二氧化碳，所以说明混合气体中含有一氧化碳；

（4）乙中石灰水有两个作用：验证二氧化碳的存在，除去二氧化碳；丁中红色粉末变成黑色的反应物是一氧化碳和氧化铁，生成物是铁和二氧化碳，用得失氧进行配平，反应条件是高温，写在等号的上边，化学方程式为：3CO＋F2O32Fe＋3CO2。

【反思与交流】由于可燃物不完全燃烧能生成一氧化碳，污染环境，所以要让可燃物完全燃烧，所以需要充足的氧气；

如果将甲、乙装置顺序进行交换，则不能验证燃烧产物中的水；

3.6g水中氢元素的质量为：3.6g××100%=0.4g，

甲烷中氢元素的质量完全转化到水中，因此甲烷的质量为：0.4g÷（×100%）=1.6g，

甲烷中碳元素的质量为：1.6g-0.4g=1.2g，

2.2g二氧化碳中碳元素的质量为：2.2g××100%=0.6g，

甲烷燃烧同时生成了一氧化碳，一氧化碳中碳元素的质量为：1.2g-0.6g=0.6g，

则生成的一氧化碳质量为：0.6g÷（×100%）=1.4g，

则反应的氧气质量为：3.6g+2.2g+1.4g-1.6g=5.6g，

反应物甲烷、氧气和生成物二氧化碳、一氧化碳、水的分子个数比为： =4：7：2：2：8，

甲烷燃烧的化学方程式为：4CH4+7O22CO2+2CO+8H2O。