Question

6．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，设计如下实验探究甲烷与氧化剂反应，如图所示．已知溴水无颜色变化，澄清石灰水变浑浊，无水硫酸铜变蓝色．

（1）写出碳化铝与硫酸反应的化学方程式Al₄C₃+6H₂SO₄=2Al₂（SO₄）₃+3CH₄↑．
（2）实验中浓硫酸的作用是干燥CH₄，集气瓶中收集到的气体不能（填“能”或“不能”）直接排入空气中．
（3）下列对实验有关现象与结论的叙述都正确的是A
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无颜色变化，结论是甲烷不与氧化铜反应
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
（4）写出硬质试管里可能发生的化学方程式2CH₄+7CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+CO+CO₂+4H₂O（甲烷与氧化铜物质的量之比2：7）

Answer 1

分析 （1）根据碳化铝（Al₄C₃）与水反应生成氢氧化铝和甲烷可知碳化铝与硫酸反应生成硫酸铝和甲烷；
（2）根据实验甲的实验目的和甲烷的性质进行解答，若集气瓶中收集到的气体属于有毒气体，则不能排放到空气中，反之能；
（3）A．若甲烷能与强氧化剂反应，酸性高锰酸钾溶液褪色；
B．硬质试管里黑色粉末无颜色变化，可能为铜、氧化铜或氧化亚铜的混合物；
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；
D．甲烷能与卤素单质发生取代反应；
（4）甲烷与氧化铜反应，碳元素化合价升高，铜元素化合价降低结合甲烷与氧化铜物质的量之比2：7书写．

解答 解：（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↑，
故答案为：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，
故答案为：干燥CH₄；不能；
（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，故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，业可能为氧化亚铜，现象无颜色变化，结论是甲烷不与氧化铜反应时错误的，故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，故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，故D错误；
故选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+7CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+CO+CO₂+4H₂O，
故答案为：2CH₄+7CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+CO+CO₂+4H₂O．

点评 本题是关于甲烷的还原性的实验探究，考查了元素守恒定律的运用及实验的步骤、物质的性质等，掌握实验室制取氯气的反应原理，明确甲烷的取代反应原理、反应条件是解答关键，试题培养了学生灵活应用所学知识的能力，题目难度中等．