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11. 某化学小组的同学对甲烷燃烧的产物产生了兴趣，进行了探究。
【提出问题】甲烷燃烧后生成哪些物质？
【查阅资料】无水$\ce{CuSO_{4}}$固体遇水变蓝；浓硫酸能吸收气流中的水蒸气。
【猜想与假设】猜想一：$\ce{CO_{2}}$、$\ce{H_{2}O}$；猜想二：$\ce{CO}$、$\ce{H_{2}O}$；猜想三：$\ce{CO_{2}}$、$\ce{CO}$、$\ce{H_{2}O}$。
【实验探究】为了验证上述猜想与假设，将甲烷在一定量纯净氧气中燃烧的产物，依次通过下图所示装置进行验证(假设装置中所盛试剂均足量)。
(1)实验中观察到装置 A 中固体变成蓝色，装置 B、E 中澄清石灰水均变浑浊，装置 D 中，由此推断猜想三成立。
(2)装置 B 中发生反应的化学方程式是。
(3)小李测定了实验过程中的数据(见下表)。他认为仅利用表中数据进行分析，也可证明该实验中所用的甲烷燃烧的产物中含有$\ce{CO}$。请分析数据，加以说明。
(4)根据上表数据，写出该实验中甲烷在一定量氧气中燃烧的化学方程式：。
【提出问题】甲烷燃烧后生成哪些物质？
【查阅资料】无水$\ce{CuSO_{4}}$固体遇水变蓝；浓硫酸能吸收气流中的水蒸气。
【猜想与假设】猜想一：$\ce{CO_{2}}$、$\ce{H_{2}O}$；猜想二：$\ce{CO}$、$\ce{H_{2}O}$；猜想三：$\ce{CO_{2}}$、$\ce{CO}$、$\ce{H_{2}O}$。
【实验探究】为了验证上述猜想与假设，将甲烷在一定量纯净氧气中燃烧的产物，依次通过下图所示装置进行验证(假设装置中所盛试剂均足量)。
(1)实验中观察到装置 A 中固体变成蓝色，装置 B、E 中澄清石灰水均变浑浊，装置 D 中，由此推断猜想三成立。
(2)装置 B 中发生反应的化学方程式是。
(3)小李测定了实验过程中的数据(见下表)。他认为仅利用表中数据进行分析，也可证明该实验中所用的甲烷燃烧的产物中含有$\ce{CO}$。请分析数据，加以说明。
(4)根据上表数据，写出该实验中甲烷在一定量氧气中燃烧的化学方程式：。
答案
11.(1)黑色固体变成红色
(2)$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3} \downarrow + H_{2}O}$
(3)$m(\ce{CO_{2}})=494.6\ \mathrm{g}-492.4\ \mathrm{g}=2.2\ \mathrm{g}$，其中碳元素的质量为$2.2\ \mathrm{g}×(\dfrac{12}{44}×100\%)=0.6\ \mathrm{g}$；$m(\ce{H_{2}O})=200.9\ \mathrm{g}-198.2\ \mathrm{g}=2.7\ \mathrm{g}$，其中氢元素的质量为$2.7\ \mathrm{g}×(\dfrac{2}{18}×100\%)=0.3\ \mathrm{g}$，则生成物中碳元素和氢元素质量比为$0.6\ \mathrm{g}:0.3\ \mathrm{g}=2:1$，而甲烷中碳元素和氢元素质量比为$12:4=3:1＞2:1$，所以甲烷燃烧产物中除了$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$，还有$\ce{CO}$(答案合理即可)
(4)$\ce{6CH_{4} + 11O_{2}\xlongequal{点燃}4CO_{2} + 2CO + 12H_{2}O}$
(2)$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3} \downarrow + H_{2}O}$
(3)$m(\ce{CO_{2}})=494.6\ \mathrm{g}-492.4\ \mathrm{g}=2.2\ \mathrm{g}$，其中碳元素的质量为$2.2\ \mathrm{g}×(\dfrac{12}{44}×100\%)=0.6\ \mathrm{g}$；$m(\ce{H_{2}O})=200.9\ \mathrm{g}-198.2\ \mathrm{g}=2.7\ \mathrm{g}$，其中氢元素的质量为$2.7\ \mathrm{g}×(\dfrac{2}{18}×100\%)=0.3\ \mathrm{g}$，则生成物中碳元素和氢元素质量比为$0.6\ \mathrm{g}:0.3\ \mathrm{g}=2:1$，而甲烷中碳元素和氢元素质量比为$12:4=3:1＞2:1$，所以甲烷燃烧产物中除了$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$，还有$\ce{CO}$(答案合理即可)
(4)$\ce{6CH_{4} + 11O_{2}\xlongequal{点燃}4CO_{2} + 2CO + 12H_{2}O}$
解析
【分析】
要验证甲烷燃烧产物是否含$\ce{CO_{2}}$、$\ce{H_{2}O}$、$\ce{CO}$三种物质，需明确各装置作用：A中无水$\ce{CuSO_{4}}$遇水变蓝，用于检验$\ce{H_{2}O}$；B中澄清石灰水用于检验$\ce{CO_{2}}$；$\ce{CO}$能还原$\ce{CuO}$生成$\ce{Cu}$和$\ce{CO_{2}}$，结合E中澄清石灰水变浑浊可证明$\ce{CO}$存在，同时D中$\ce{CuO}$会由黑色变红色。对于第三问，根据质量守恒，生成物中$\ce{C}$、$\ce{H}$均来自甲烷，通过计算生成物中$\ce{C}$、$\ce{H}$质量比，与甲烷中$\ce{C}$、$\ce{H}$质量比对比，可判断是否含$\ce{CO}$；第四问利用原子守恒配平化学方程式。
【解析】
(1) 猜想三成立说明产物含$\ce{CO}$，$\ce{CO}$在加热条件下与D中$\ce{CuO}$反应生成$\ce{Cu}$和$\ce{CO_{2}}$，因此D中黑色固体变成红色；
(2) 装置B中$\ce{CO_{2}}$与澄清石灰水反应生成碳酸钙沉淀和水，化学方程式为：$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3} \downarrow + H_{2}O}$；
(3) 根据质量守恒，生成物中$\ce{C}$、$\ce{H}$全部来自甲烷：生成$\ce{CO_{2}}$的质量为$494.6\ \mathrm{g}-492.4\ \mathrm{g}=2.2\ \mathrm{g}$，其中$\ce{C}$元素质量为$2.2\ \mathrm{g}×\dfrac{12}{44}=0.6\ \mathrm{g}$；生成$\ce{H_{2}O}$的质量为$200.9\ \mathrm{g}-198.2\ \mathrm{g}=2.7\ \mathrm{g}$，其中$\ce{H}$元素质量为$2.7\ \mathrm{g}×\dfrac{2}{18}=0.3\ \mathrm{g}$；生成物中$\ce{C}$、$\ce{H}$质量比为$0.6\ \mathrm{g}:0.3\ \mathrm{g}=2:1$，甲烷中$\ce{C}$、$\ce{H}$质量比为$12:4=3:1$，$2:1＜3:1$，说明产物含$\ce{CO}$；
(4) 根据原子守恒配平：设$\ce{CH_{4}}$系数为6，则$\ce{H_{2}O}$系数为12；$\ce{CO_{2}}$与$\ce{CO}$系数和为6，结合$\ce{O}$原子守恒得$\ce{O_{2}}$系数为11，最终方程式为$\ce{6CH_{4} + 11O_{2}\xlongequal{点燃}4CO_{2} + 2CO + 12H_{2}O}$。
【答案】
(1) 黑色固体变成红色
(2) $\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3} \downarrow + H_{2}O}$
(3) $m(\ce{CO_{2}})=494.6\ \mathrm{g}-492.4\ \mathrm{g}=2.2\ \mathrm{g}$，其中碳元素的质量为$2.2\ \mathrm{g}×(\dfrac{12}{44}×100\%)=0.6\ \mathrm{g}$；$m(\ce{H_{2}O})=200.9\ \mathrm{g}-198.2\ \mathrm{g}=2.7\ \mathrm{g}$，其中氢元素的质量为$2.7\ \mathrm{g}×(\dfrac{2}{18}×100\%)=0.3\ \mathrm{g}$，则生成物中碳元素和氢元素质量比为$0.6\ \mathrm{g}:0.3\ \mathrm{g}=2:1$，而甲烷中碳元素和氢元素质量比为$12:4=3:1＞2:1$，所以甲烷燃烧产物中除了$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$，还有$\ce{CO}$
(4) $\ce{6CH_{4} + 11O_{2}\xlongequal{点燃}4CO_{2} + 2CO + 12H_{2}O}$
【知识点】
甲烷燃烧产物探究、化学方程式书写、质量守恒定律应用
【点评】
本题为实验探究结合计算的综合题，考查气体检验、化学方程式书写及质量守恒的应用，需掌握常见气体检验方法，能通过元素质量比分析产物组成，难度适中，可考查学生的实验分析与计算能力。
【难度系数】
0.5
要验证甲烷燃烧产物是否含$\ce{CO_{2}}$、$\ce{H_{2}O}$、$\ce{CO}$三种物质，需明确各装置作用：A中无水$\ce{CuSO_{4}}$遇水变蓝，用于检验$\ce{H_{2}O}$；B中澄清石灰水用于检验$\ce{CO_{2}}$；$\ce{CO}$能还原$\ce{CuO}$生成$\ce{Cu}$和$\ce{CO_{2}}$，结合E中澄清石灰水变浑浊可证明$\ce{CO}$存在，同时D中$\ce{CuO}$会由黑色变红色。对于第三问，根据质量守恒，生成物中$\ce{C}$、$\ce{H}$均来自甲烷，通过计算生成物中$\ce{C}$、$\ce{H}$质量比，与甲烷中$\ce{C}$、$\ce{H}$质量比对比，可判断是否含$\ce{CO}$；第四问利用原子守恒配平化学方程式。
【解析】
(1) 猜想三成立说明产物含$\ce{CO}$，$\ce{CO}$在加热条件下与D中$\ce{CuO}$反应生成$\ce{Cu}$和$\ce{CO_{2}}$，因此D中黑色固体变成红色；
(2) 装置B中$\ce{CO_{2}}$与澄清石灰水反应生成碳酸钙沉淀和水，化学方程式为：$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3} \downarrow + H_{2}O}$；
(3) 根据质量守恒，生成物中$\ce{C}$、$\ce{H}$全部来自甲烷：生成$\ce{CO_{2}}$的质量为$494.6\ \mathrm{g}-492.4\ \mathrm{g}=2.2\ \mathrm{g}$，其中$\ce{C}$元素质量为$2.2\ \mathrm{g}×\dfrac{12}{44}=0.6\ \mathrm{g}$；生成$\ce{H_{2}O}$的质量为$200.9\ \mathrm{g}-198.2\ \mathrm{g}=2.7\ \mathrm{g}$，其中$\ce{H}$元素质量为$2.7\ \mathrm{g}×\dfrac{2}{18}=0.3\ \mathrm{g}$；生成物中$\ce{C}$、$\ce{H}$质量比为$0.6\ \mathrm{g}:0.3\ \mathrm{g}=2:1$，甲烷中$\ce{C}$、$\ce{H}$质量比为$12:4=3:1$，$2:1＜3:1$，说明产物含$\ce{CO}$；
(4) 根据原子守恒配平：设$\ce{CH_{4}}$系数为6，则$\ce{H_{2}O}$系数为12；$\ce{CO_{2}}$与$\ce{CO}$系数和为6，结合$\ce{O}$原子守恒得$\ce{O_{2}}$系数为11，最终方程式为$\ce{6CH_{4} + 11O_{2}\xlongequal{点燃}4CO_{2} + 2CO + 12H_{2}O}$。
【答案】
(1) 黑色固体变成红色
(2) $\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3} \downarrow + H_{2}O}$
(3) $m(\ce{CO_{2}})=494.6\ \mathrm{g}-492.4\ \mathrm{g}=2.2\ \mathrm{g}$，其中碳元素的质量为$2.2\ \mathrm{g}×(\dfrac{12}{44}×100\%)=0.6\ \mathrm{g}$；$m(\ce{H_{2}O})=200.9\ \mathrm{g}-198.2\ \mathrm{g}=2.7\ \mathrm{g}$，其中氢元素的质量为$2.7\ \mathrm{g}×(\dfrac{2}{18}×100\%)=0.3\ \mathrm{g}$，则生成物中碳元素和氢元素质量比为$0.6\ \mathrm{g}:0.3\ \mathrm{g}=2:1$，而甲烷中碳元素和氢元素质量比为$12:4=3:1＞2:1$，所以甲烷燃烧产物中除了$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$，还有$\ce{CO}$
(4) $\ce{6CH_{4} + 11O_{2}\xlongequal{点燃}4CO_{2} + 2CO + 12H_{2}O}$
【知识点】
甲烷燃烧产物探究、化学方程式书写、质量守恒定律应用
【点评】
本题为实验探究结合计算的综合题，考查气体检验、化学方程式书写及质量守恒的应用，需掌握常见气体检验方法，能通过元素质量比分析产物组成，难度适中，可考查学生的实验分析与计算能力。
【难度系数】
0.5
