Question

【題目】已知碳化鋁（Al4C3）與水反應生成氫氧化鋁和甲烷．為了探究甲烷性質，某同學設計如下兩組實驗方案：甲方案探究甲烷與氧化劑反應（如圖1所示）；乙方案探究甲烷與氯氣反應的條件（如圖2所示）．

甲方案實驗現象：溴水無顏色變化，無水硫酸銅變藍色，澄清石灰水變渾濁．
乙方案實驗操作過程：通過排飽和食鹽水的方法收集兩瓶甲烷與氯氣（體積比為1：4）的混合氣體，I瓶放在光亮處，II瓶用預先準備好的黑色紙套套上，按圖2安裝好裝置，并加緊彈簧夾a和b．
（1）碳化鋁與稀硫酸反應的化學方程式為 ．
（2）寫出甲方案實驗中硬質試管里可能發生的化學方程式 ， （實驗測得消耗甲烷與氧化銅物質的量之比2：7）
（3）實驗甲中濃硫酸的作用是 ， 集氣瓶中收集到的氣體（填“能”或“不能”）直接排入空氣中？
（4）下列對甲方案實驗中的有關現象與結論的敘述都正確的是
A.酸性高錳酸鉀溶液不褪色，結論是通常條件下，甲烷不能與強氧化劑反應
B.硬質試管里黑色粉末變紅色，說明氧化銅發生了氧化反應
C.硬質試管里黑色粉末變紅色，推斷氧化銅與甲烷反應只生成水和二氧化碳
D.甲烷不能與溴水反應，推知甲烷不能與鹵素單質反應
（5）乙方案中燒杯里放入足量的水，打開彈簧夾a、b，一段時間后，觀察到有水倒吸到I瓶中，但水并不能充滿I瓶，請寫出該實驗現象所涉及的一個化學方程式 ． 除了上述現象外，該實驗中還可能觀察到的現象有（填序號）．
A．I瓶中氣體顏色變淺 B．I瓶中出現白霧
C．I瓶瓶內壁出現油狀物質 D．II瓶中與I瓶現象相同．

Answer 1

【答案】
（1）Al4C3+6H2SO4=2Al2（SO4）3+3CH4↑
（2）2CH4+7CuO 7Cu+CO2+CO+4H2O
（3）干燥甲烷；不能
（4）A
（5）CH4+Cl2 CH3Cl+HCl；ABC
【解析】解：（1）碳化鋁（Al4C3）與水反應生成氫氧化鋁和甲烷，碳化鋁與硫酸反應可理解為碳化鋁（Al4C3）與水反應，產物再和硫酸反應，所以產物為硫酸鋁和甲烷，反應方程式為：Al4C3+6H2SO4=2Al2（SO4）3+3CH4↑，所以答案是：Al4C3+6H2SO4=2Al2（SO4）3+3CH4↑；（2）甲烷中碳元素化合價為﹣4價，甲烷與氧化銅反應，碳元素化合價升高，甲烷與氧化銅物質的量之比2：7，先根據氫守恒確定水前系數，再根據碳、氧守恒得硬質試管里可能發生的化學方程式為：2CH4+7CuO 7Cu+CO+CO2+4H2O，
所以答案是：2CH4+7CuO 7Cu+CO+CO2+4H2O；（3）碳化鋁與硫酸反應生成硫酸鋁和甲烷，甲方案探究甲烷與氧化劑反應，盛放濃硫酸的裝置放置在氧化劑氧化銅之前，所以實驗甲中濃硫酸的作用是干燥CH4 ， 甲烷和氧化銅反應，碳元素化合價升高，生成碳的氧化物，產物中可能有一氧化碳生成，所以集氣瓶中收集到的氣體不能直接排放到空氣中，
所以答案是：干燥甲烷；不能；（4）A．甲烷不能與強氧化劑反應，若能反應，則酸性高錳酸鉀溶液在甲烷的作用下會褪色，現不褪色，結論是通常條件下，甲烷不能與強氧化劑反應，故A正確；
B．硬質試管里黑色粉末變紅色，可能為銅，即黑色的氧化銅被還原為銅單質，氧化銅中銅元素化合價降低，表現氧化性，發生還原反應，故B錯誤；
C．氧化銅與甲烷反應生成水和二氧化碳、一氧化碳，硬質試管里黑色粉末也能變紅色，故C錯誤；
D．甲烷不能與溴水反應，但甲烷能與鹵素單質發生取代反應，故D錯誤；
故選A；（5）乙方案中燒杯里放入足量的水，甲烷和氯氣在光照條件下發生取代反應，CH4+Cl2 CH3Cl+HCl，CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl，CH2Cl2+Cl2 CHCl3+HCl，CHCl3+Cl2 CCl4+HCl，生成物中CH3Cl（氣體）、CH2Cl2（油狀液體）、CHCl3（油狀液體）、CCl4（油狀液體）、HCl（極易溶于水），打開彈簧夾a、b，一段時間后，觀察到有水倒吸到I瓶中，但CH3Cl（氣體）難溶于水，所以水并不能充滿I瓶，氯氣為黃綠色氣體、反應后I瓶中氣體顏色變淺，HCl（極易溶于水），I瓶中出現白霧，CH2Cl2（油狀液體）、CHCl3（油狀液體）、CCl4（油狀液體）、I瓶瓶內壁出現油狀物質，Ⅱ瓶中無現象，II瓶中與I瓶現象不相同，所以ABC符合．
所以答案是：CH4+Cl2 CH3Cl+HCl；ABC．