Question

6．已知碳化铝（Al，C3）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Al₄C₃+6H₂SO₄=2Al₂（SO₄）₃+3CH₄↑．
（2）实验甲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）下列对甲方案实验中的有关现象与结论的叙述都正确的是A（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：2CH₄+7CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$7Cu+CO₂↑+4H₂O（假设消耗甲烷与氧化铜的物质的量之比为2：7）．
（5）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．

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；
（5）甲烷和氯气在光照条件下发生反应，生成有机物有CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄，还有无机物氯化氢，根据它们的性质解答．

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；
故答案为：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；
（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，
故答案为：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．

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．