一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO、CH4等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。
①工业上用天然气和水蒸气在高温条件下发生反应,得到CO和H2,该反应的化学方程式为 CH4+H2O 高温 CO+3H2CH4+H2O 高温 CO+3H2,得到的CO和H2的混合气被称为合成气,合成气在工业上可用于合成一系列化工原料和新型燃料,还可用于冶炼某些金属。
②某化学兴趣小组的同学在实验室模拟了合成气的制备,并设计实验验证合成气的还原性。
Ⅰ.用甲烷和水蒸气在高温条件下反应得到合成气。根据①中所写的化学方程式,合成气中CO和H2的质量比为 14:314:3。
Ⅱ.用合成气还原足量氧化铜.实验装置如如图所示:

设计的实验步骤:
a.连接好装置并检查气密性。b.装入药品,通入一段时间合成气。
c.分别称量装置D、E的质量。d.缓缓通入合成气,加热装置C,使其充分反应。
e.停止加热,继续通入合成气至恢复到室温。
f.再次分别称量装置D、E的质量。
高温
高温
装置D的质量 | 装置E的质量 | |
反应前 | 292.4g | 198.2g |
反应后 | 296.0g | 201.5g |
b
b
(填实验步骤的序号)中点燃(点燃前应对气体验纯)。③该小组的同学按上述步骤进行实验;并记录了实验现象和数据:装置C中出现的现象是
黑色固体变为红色
黑色固体变为红色
。称量数据如右表所示。
Ⅰ.甲同学根据装置C中的现象,认为是合成气中的CO和H2还原了CuO。写出任意一个化学方程式
CO+CuO Cu+CO2或H2+CuO Cu+H2O
△
高温
CO+CuO Cu+CO2或H2+CuO Cu+H2O
。 △
高温
Ⅱ.乙同学通过对上表数据的分析,推测除了CO和H2以外,制得的合成气中未反应的CH4,也可能还原了CuO。试通过计算说明他的推测依据。
Ⅲ.丙同学提出,实验步骤e中通入的气体会带走装置E中的部分水蒸气,使实验产生误差。你认为该误差对乙同学的推测结果是否有影响?并说明理由。
无影响;因为带走水蒸气会使测得的CO2质量偏低,而实际测得的生成物中碳、氢元素的质量比已经大于2:1,所以对推测结果无影响
无影响;因为带走水蒸气会使测得的CO2质量偏低,而实际测得的生成物中碳、氢元素的质量比已经大于2:1,所以对推测结果无影响
【答案】CH4+H2O CO+3H2;14:3;b;黑色固体变为红色;CO+CuO Cu+CO2或H2+CuO Cu+H2O;无影响;因为带走水蒸气会使测得的CO2质量偏低,而实际测得的生成物中碳、氢元素的质量比已经大于2:1,所以对推测结果无影响
高温
△
高温
【解答】
【点评】
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