实验14 甲烷的燃烧实验-中考化学实验精讲精练（解析版）

人教版2024上册/第七单元能源的合理利用与开发/课题2化石能源的合理利用实验14甲烷的燃烧实验【实验目的】1．认识甲烷的物理性质。2．学会检验生成物中的水和二氧化碳。【实验仪器】烧杯、导管、试管、酒精灯、贮气装置【实验试剂】甲烷【实验过程】实验步骤实验现象①观察甲烷的颜色、状态无色气体②点燃从导管放出放出的甲烷，在火焰的上方罩一个干燥的烧杯火焰呈蓝色，放热，烧杯内壁有水雾出现③迅速把烧杯倒转过来，向烧杯内注入少量澄清石灰水，振荡澄清石灰水变浑浊【实验结论】①甲烷具有可燃性；燃烧生成了水和二氧化碳。②甲烷中含有氢元素和碳元素。1.实验原理（1）甲烷完全燃烧的化学方程式：CH4＋2O2点燃2H2O＋CO2。（2）澄清石灰水变浑浊的化学方程式：CO2＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋H2O。【注意】（1）为防止甲烷中混有空气，在点燃时发生爆炸。所以在点燃前一定要验纯。（2）验纯的方法：用排水法收集一小试管甲烷，然后靠近点燃的酒精灯，如果发出“噗”的声音则表明纯净，如果发出尖锐的爆鸣声则表明不纯净。2.实验结论根据质量守恒定律，化学反应前后，元素种类不变。甲烷燃烧生成水和二氧化碳，说明甲烷中含有氢元素和氧元素。【典例1】（2024·上海·中考真题）甲烷完全燃烧的化学方程式正确的是A． B．C． D．【答案】A【解析】甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水，反应的化学方程式为：。故选A。【典例2】（2024·湖北·中考真题）在探究甲烷的元素组成时，做了如下图的两个实验。下列说法错误的是A．燃烧时火焰呈（淡）蓝色 B．左侧烧杯内壁有小液滴产生C．右侧烧杯内壁石灰水变浑浊 D．可得出甲烷含有氧元素【答案】D【解析】A、甲烷燃烧时火焰呈（淡）蓝色，故A说法正确；B、甲烷燃烧生成水，则左侧干冷烧杯内壁有小液滴产生，故B说法正确；C、甲烷燃烧生成二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，则右侧烧杯内壁石灰水变浑浊，故C说法正确；D、甲烷燃烧生成二氧化碳和水，二氧化碳和水中含有碳、氢、氧三种元素，根据质量守恒定律，反应前后元素种类不变，反应物氧气中含有氧元素，则可得出甲烷中一含有碳元素和氢元素，无法确定是否含有氧元素，故D说法错误；故选：D。【典例3】（2024·安徽·中考真题）甲烷是一种较清洁的能源。小彦同学在实验室制取甲烷并验证其组成。(1)装置甲可用于制取甲烷，还可以制取氧气，用该装置制取氧气的化学方程式为。(2)实验前，用图乙所示方法检查装置气密性时，如果气密性良好，很快会出现的现象是______(填字母序号)。A． B． C．(3)甲烷难溶于水，密度比空气的小，实验室收集甲烷的方法是(写1种即可)。(4)用装置丙验证甲烷的组成时，为保证安全，点燃前应先验纯。下列能证明甲烷中含有碳、氢元素的现象有______(填字母序号)。A．火焰呈淡蓝色B．干燥的烧杯壁出现水雾C．倒转烧杯，加入少量澄清石灰水，振荡后溶液变浑浊【答案】(1)(2)AB(3)排水法或向下排空气法(4)BC【解析】（1）甲是固体加热型装置，且试管口没有棉花，可用于氯酸钾制取氧气，氯酸钾在二氧化锰催化及加热条件下，反应生成氯化钾和氧气，化学方程式为。（2）检查装置气密性，先将导管放入水中，然后用手捂住试管，手使试管内气体温度升高，气压变大，如装置气密性良好，则气体从短管口逸出，会很快看到导管口有气泡冒出。随后松开手后，导管内会出现水柱且无明显变化，故选AB。（3）甲烷难溶于水，则实验室可以使用排水法收集甲烷。密度比空气的小，则可以使用向下排空气法收集甲烷。（4）甲烷燃烧生成二氧化碳和水，化学反应前后元素的种类不变，二氧化碳中含有碳元素，水中含有氢元素，所以验证生成二氧化碳和水则可说明甲烷中含有碳、氢元素。水蒸气遇冷凝结为水滴，所以干燥的烧杯壁出现水雾可说明生成水，证明甲烷中有氢元素。倒转烧杯，加入少量澄清石灰水，振荡后溶液变浑浊，说明生成二氧化碳，可证明甲烷中有碳元素。故选BC。1．甲烷在空气中完全燃烧的微观示意图如图所示。说法错误的是A．氧分子是保持氧气化学性质的最小微粒B．化学反应前后分子种类必然改变C．1个二氧化碳分子由1个碳原子和2个氧原子构成D．参加反应的甲烷和氧气的质量比为1：2【答案】D【解析】A、氧气是由氧分子构成，则氧分子是保持氧气化学性质的最小微粒，该选项说法正确；B、化学反应前后，分子种类改变，该选项说法正确；C、由微观示意图可知，1个二氧化碳分子由1个碳原子和2个氧原子构成，该选项说法正确；D、由图可知，反应的化学方程式为：，则参加反应的甲烷和氧气的质量比为（12+1×4）：（16×4）=1：4，该选项说法不正确。故选D。2．实验室常用无水醋酸钠固体和碱石灰固体混合加热来制取甲烷气体。甲烷是一种无色、无味的气体，它的密度比空气小，且难溶于水。甲烷能在空气中燃烧，生成二氧化碳和水。由于在燃烧的过程中会释放大量的热，所以它是一种很好的燃料。通过上述的文字说明，回答下列各题：(1)物理性质：。(2)化学性质：。(3)甲烷的收集方法可采用：。(4)甲烷在空气中燃烧的化学方程式是。【答案】(1)甲烷是一种无色、无味的气体，它的密度比空气小，且难溶于水(2)甲烷能在空气中燃烧，生成二氧化碳和水(3)向下排空气法或排水法(4)CH4+2O2CO2+2H2O【解析】（1）物理性质不需要化学变化表现出来。甲烷是一种无色、无味的气体，它的密度比空气小，且难溶于水，这些都是物理性质；（2）化学性质需要化学变化表现出来，甲烷能在空气中燃烧，生成二氧化碳和水，这是甲烷的化学性质；（3）甲烷的密度比空气小，且难溶于水故可选用向下排空气法或排水法；（4）甲烷能在空气中燃烧，生成二氧化碳和水，化学方程式为：。3．家庭燃料——天然气天然气是最清洁的化石能源，是一种重要的家庭燃料。其主要成分是甲烷，此外还有少量的乙烷、丙烷和丁烷等物质。甲烷（CH4）是无色、无味、无毒的气体，比空气轻，极难溶于水。具有热值高，污染小的优点。天然气在送到最终用户之前还要用硫醇、四氢噻吩等来给天然气添加气味，为助于泄漏检测，若泄漏会引发火灾或爆炸事故。天然气可液化，液化后其体积将缩小为气态的六百分之一。天然气广泛用于民用及商业燃气灶具、热水器、采暖及制冷，也用于发电，造纸、冶金、采石、陶瓷、玻璃等行业，还可用于废料焚烧及干燥脱水处理等。阅读文本，回答问题：(1)天然气属于（填“混合物”或“纯净物”）；(2)甲烷的物理性质有。(3)用户使用的天然气要添加少量的硫醇等有刺激性气味的气体的目的是。(4)甲烷燃烧反应的化学方程式是。【答案】(1)混合物(2)无色、无味、气体，比空气轻，极难溶于水(3)有利于及时发现天然气泄漏，避免安全事故的发生(4)【解析】（1）天然气主要成分是甲烷，此外还有少量的乙烷、丙烷和丁烷等物质，属于混合物，故填：混合物；（2）颜色、气味、状态、密度、溶解性均不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质，故甲烷的物理性质有：无色、无味、气体，比空气轻，极难溶于水，故填：无色、无味、气体，比空气轻，极难溶于水；（3）天然气是无色无味的，如果天然气泄漏，不易被察觉，故用户使用的天然气要添加少量的硫醇等有刺激性气味的气体的目的是：有利于及时发现天然气泄漏，避免安全事故的发生，故填：有利于及时发现天然气泄漏，避免安全事故的发生；（4）甲烷燃烧生成二氧化碳和水，该反应的化学方程式为：，故填：。4．中国空间站梦天实验舱科学实验柜成功实施首次在轨点火实验，实验中使用甲烷作为燃料。请回答下列问题：(1)甲烷与空气中的混合气体点燃可能会发生爆炸，因此点燃甲烷前，应先。(2)火焰在重力的作用下有重心，会呈现液滴状，在微重力环境下火焰会更短更圆。由此，你判断科研人员在空间站做甲烷微重力燃烧的火焰会呈现（填“半球形”或“液滴状”）。(3)甲烷（分子式CH4）充分燃烧反应的化学方程式为。【答案】(1)检验甲烷的纯度(2)半球形(3)【解析】（1）甲烷具有可燃性，混有一定量的空气，遇到明火，容易发生爆炸，故点燃甲烷前，应先检验甲烷的纯度；（2）火焰在重力的作用下有重心，会呈现液滴状，在微重力环境下火焰会更短更圆。因此科研人员在空间站做甲烷微重力燃烧的火焰会呈现半球形；（3）甲烷充分燃烧生成二氧化碳和水，该反应的化学方程式为：。5．阅读下列科技短文并回答问题。2023年7月12日9时整，我国自主研制的朱雀二号遥二运载火箭在酒泉卫星发射中心腾空而起，成功入轨并完成了飞行任务。它作为全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭，填补了国内液氧甲烷火箭的技术空白。推进剂是决定火箭动力的关键因素，下表是常见的三种液体火箭推进剂的特点：液体推进剂种类特点液氧煤油成本低、比冲较低、易积碳、结焦等液氧液氢成本高、比冲非常高、绿色环保、不易储存等液氧甲烷成本低、比冲较高、积碳不结焦、绿色环保、燃烧效率高、易制取等(1)以上三种液体推进剂中作助燃剂，煤油、液氢、甲烷作燃料。(2)火箭向上的推力来自燃料燃烧（填“释放”或“吸收”）热量并喷出高温气体产生的反作用力。(3)文中提到的煤油是由石油炼制而成，下列关于石油的叙述不正确的是（填字母）A．石油属于不可再生能源B．化石燃料包括石油、煤、氢气等C．石油是一种化工原料(4)液氧甲烷推进剂燃烧效率高，甲烷（CH4）和液氧完全燃烧的化学方程式为。(5)液氧甲烷是理想的液体推进剂之一，其优点是。【答案】(1)液氧/氧气/(2)释放(3)B(4)(5)燃烧效率高（或易制取等其他合理答案均给分）【解析】（1）氧气具有助燃性，故以上三种液体推进剂中，液氧作助燃剂；（2）燃料燃烧放出热量，故火箭向上的推力来自燃料燃烧释放热量并喷出高温气体产生的反作用力；（3）A、石油属于化石燃料，短期内不能再生，属于不可再生能源，不符合题意；B、化石燃料包括石油、煤、天然气，氢气不属于化石燃料，符合题意；C、石油是一种化工原料，可用于生产塑料、合成纤维等，不符合题意。故选B；（4）甲烷和液氧在点燃的条件下反应生成二氧化碳和水，该反应的化学方程式为：；（5）由表可知，液氧甲烷成本低、比冲较高、积碳不结焦、绿色环保、燃烧效率高、易制取等，是理想的液体推进剂之一。6．某化学兴趣小组的同学对甲烷燃烧的产物产生了兴趣，设计实验探究：【提出问题】甲烷燃烧后生成哪些物质？【查阅资料】①含碳元素的物质完全燃烧生成CO2，不完全燃烧生成CO②白色无水CuSO4粉末遇水变蓝色；③CO与人体内的血红蛋白结合，会造成人中毒缺氧。(1)【猜想与假设】猜想一：；猜想二：CO、H2O；猜想三：CO2、CO、H2O。【实验探究】将甲烷在一定量的纯净氧气中燃烧的产物依次通过如图装置(部分夹持、固定装置省略)进行验证：(2)实验过程中观察到A中白色粉末变为蓝色，B、E中澄清石灰水变浑浊，D中红棕色粉末变成黑色，由此推断猜想成立。(3)实验过程中B装置的作用是。(4)实验过程中用纯净O2而不用空气的原因是。【反思与交流】(5)日常生活中，使用含碳燃料一定要注意通风，防止中毒。【答案】(1)CO2、H2O(2)三(3)检验二氧化碳(4)避免空气中含有的二氧化碳和水的干扰(5)一氧化碳【解析】（1）根据猜想二是CO、H2O；猜想三是CO2、CO、H2O，猜想一是CO2、H2O，故填：CO2、H2O；（2）A中白色无水硫酸铜粉末变蓝色，说明产生了水，水使无水硫酸铜变蓝；B、E中澄清石灰水变浑浊，说明产生了二氧化碳，二氧化碳使澄清石灰水变浑浊；D中红棕色粉末变为黑色，说明产生了一氧化碳，一氧化碳将氧化铁还原成铁，可知反应产生了H2O、CO2和CO，故填：三；（3）二氧化碳能与澄清石灰水反应生成碳酸钙沉淀使澄清石灰水变浑浊，故B装置的作用是检验二氧化碳，故填：检验二氧化碳；（4）空气中含有二氧化碳和水，只用纯净O2可以避免空气中含有的二氧化碳和水的干扰，故填：避免空气中含有的二氧化碳和水的干扰；（5）一氧化碳有毒，而且无色无味，不易被察觉，日常生活中使用含碳燃料一定要注意通风，故填：一氧化碳。1．某化学兴趣小组的同学对甲烷燃烧的产物产生了兴趣，设计实验探究：【提出问题】甲烷燃烧后生成哪些物质？【查阅资料】①含碳元素的物质完全燃烧生成CO2，不完全燃烧生成CO；②白色无水CuSO4粉末遇水变蓝色；③CO与人体内的血红蛋白结合，会造成人中毒缺氧。【猜想与假设】猜想一：CO2、H2O；猜想二：CO、H2O；猜想三：CO2、CO、H2O。【实验探究】将甲烷在一定量的纯净氧气中燃烧的产物依次通过C﹣G装置（部分夹持、固定装置省略）进行验证：(1)若实验过程中观察到A中白色粉末变为蓝色，则证明甲烷燃烧后生成了H2O；若B、E中澄清石灰水变浑浊，D中红棕色粉末变成黑色，由此推断猜想成立。(2)实验过程中B装置的作用是。(3)D装置中发生反应的化学方程式是。(4)实验过程中用纯净O2而不用空气的原因是。【反思与交流】(5)实验结束，对相关装置进行称量（忽略空气成分对实验的干扰）；A装置增重3.6g，B、C装置增重2.2g。那么燃烧甲烷的质量为g。【答案】(1)三(2)检验二氧化碳(3)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2(4)防止空气中的水蒸气和二氧化碳影响实验结果(5)1.6【解析】（1）实验过程中观察到A中白色粉末变为蓝色，说明气体中含有水蒸气，B中澄清石灰水变浑浊，说明气体中含有二氧化碳，E中澄清石灰水变浑浊，D中红棕色粉末变成黑色，说明气体中含有一氧化碳，由此推断猜想三成立，故填：三；（2）二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，则实验过程中B装置的作用是检验二氧化碳，故填：检验二氧化碳；（3）D装置中，高温条件下氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，故填：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；（4）空气中含有二氧化碳和水，实验过程中用纯净O2而不用空气的原因是防止空气中的水蒸气和二氧化碳影响实验结果，故填：防止空气中的水蒸气和二氧化碳影响实验结果；（5）由题干信息A装置增重3.6g，B、C装置增重2.2g可知，气体中水蒸气的质量为3.6g，气体中二氧化碳的质量为2.2g，根据质量守恒定律，反应前后元素种类和质量不变，则燃烧甲烷的质量为(3.6g×)÷(×100%)=1.6g，故填：1.6。2．我国在南海成功试采可燃冰，它将推动世界能源利用格局的改变。可燃冰是在高压低温环境条件下，水分子笼中装有甲烷分子而成“冰块”。已知某种可燃冰的化学式为：CH4•8H2O。某校化学兴趣小组的同学对甲烷燃烧的产物产生了兴趣，请你参与：【提出问题】甲烷燃烧后生成哪些物质？【查阅资料】①含碳元素的物质完全燃烧生成CO2，不完全燃烧生成CO；②无水CuSO4遇水变蓝；③氢氧化钠溶液与二氧化碳反应没有明显现象，常用于吸收二氧化碳气体。【猜想与假设】(1)甲：CO2、H2O；乙：CO、H2O；丙：NH3、H2O；丁：CO2、CO、H2O。你认为同学的猜想是错误的。理由是。【实验探究】为了验证上述猜想与假设，将甲烷在一定量的纯净氧气中燃烧的产物依次通过如图装置，进行验证：【实验结论】(2)A装置中无水CuSO4变蓝，则证明甲烷燃烧产物中有；(3)B装置的作用是，装置中澄清石灰水变浑浊，其反应的化学方程式为；(4)红棕色氧化铁变成黑色，E装置中澄清石灰水也变浑浊，则证明甲烷燃烧产物中有；(5)由此推断的猜想成立。【交流反思】(6)AB装置的顺序不能颠倒，理由是；(7)为避免有毒的CO污染环境，所有含碳元素的物质燃烧必须满足的条件是。【答案】(1)丙反应物中不含有氮元素，不可能生成氨气(2)水/H2O(3)检验产物中是否有二氧化碳(4)一氧化碳/CO(5)丁(6)颠倒顺序后无法确定水是来自甲烷燃烧产物还是澄清石灰水(7)与充足的氧气（或空气）接触【解析】（1）甲烷化学式为CH4，根据质量守恒定律可知化学反应前后元素种类不变，由于反应物中不含有氮元素，故反应后也不可能生成含有氮元素的氨气，因此丙同学的猜想是错误的；（2）由题干信息可知无水CuSO4遇水变蓝，而A装置中无水CuSO4变蓝，说明甲烷燃烧产物中有水；（3）B装置中装有澄清石灰水，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，故B装置的作用是检验产物中是否有二氧化碳；装置中澄清石灰水变浑浊，说明产物中有二氧化碳，二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，化学方程式为；（4）D装置中红棕色氧化铁变成黑色，E装置中澄清石灰水也变浑浊，说明氧化铁被还原剂还原且生成物中有二氧化碳，由此可推断甲烷燃烧产物中有一氧化碳；因为一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊；（5）结合（2）（3）（4）小问可知生成物中含有水、二氧化碳、一氧化碳，因此丁同学的猜想成立；（6）AB装置的顺序不能颠倒，是因为颠倒顺序后无法确定水是来自甲烷燃烧产物还是澄清石灰水；（7）由题干信息可知，含碳元素的物质完全燃烧生成CO2，不完全燃烧生成CO，因此为避免有毒的CO污染环境，所有含碳元素的物质燃烧必须满足的条件是与充足的氧气（或空气）接触。3．同学们对甲烷进行探究学习：探究Ⅰ：甲烷的制取【查阅资料】实验室通过加热无水醋酸钠和碱石灰固体混合物的方法制取甲烷，甲烷是天然气的主要成分，密度小于空气，难溶于水，具有可燃性。(1)制取甲烷的发生装置应选（填序号，下同），选用装置C收集甲烷时气体应从端进入。探究Ⅱ：甲烷的组成元素(2)点燃干燥的甲烷气体，在火焰上方罩一冷而干燥的烧杯（见图E），烧杯内壁有生成，向烧杯中倒入少量澄清石灰水，振荡，现象为。由此推断，甲烷中一定含C、H两种元素。(3)点燃甲烷前，通常应先。(4)同学们通过隔绝空气对甲烷气体加强热，也得出了甲烷的组成元素，反应的化学方程式为：。探究Ⅲ：甲烷的化学性质【提出问题】通过以上探究，甲烷除具有可燃性、能分解外，还具有什么化学性质？(5)写出甲烷燃烧的化学方程式。【查阅资料】I无水硫酸铜粉末遇水由白色变蓝色；Ⅱ甲烷具有还原性。【验证实验】该同学按如图装置进行实验：【实验现象与结论】甲中黑色固体变为红色，乙中无水硫酸铜变为蓝色，丙中澄清石灰水变浑浊。(6)根据实验现象，说明甲烷还原氧化铜的产物有。【反思与评价】(7)实验时，要先向装置中通入一段时间的氮气，再通入甲烷加热的目的是。【答案】(1)Ab(2)水雾澄清石灰水变浑浊(3)检验纯度(4)H2(5)(6)铜（或Cu）、水（或H2O）、二氧化碳（或CO2）(7)排尽装置内的空气，防止装置发生爆炸【解析】（1）①实验室通过加热无水醋酸钠和碱石灰固体混合物的方法制取甲烷，反应物为固体，反应条件是加热，选择固体加热型发生装置即装置A，故填：A。②装置C有长短导管，甲烷密度比空气小，会聚集在空气上方，所以甲烷由短导管即b管口进入，把空气从c管口排出，故填：b。（2）甲烷燃烧有水和二氧化碳生成，所以在火焰上方罩一冷而干燥的烧杯，烧杯内壁观察到有水雾生成，二氧化碳可以使澄清石灰水变浑浊，则观察到的现象为：澄清的石灰水变浑浊，故填：水雾；澄清石灰水变浑浊。（3）可燃性气体与空气混合点燃易发生爆炸，所以甲烷点燃前，应先检验纯度，故填：检验纯度。（4）根据质量守恒定律反应前后原子种类、原子个数都不变，由化学方程式可知反应前1个碳原子，4个氢原子，反应后已有1个碳原子，还差4个氢原子，因为该化学式的化学计量数为2，所以该化学式为H2，故填：H2。（5）甲烷和氧气在点燃的条件下反应生成二氧化碳和水，反应的化学方程式为：，故填：。（6）甲中黑色固体变为红色，说明有铜生成，乙中无水硫酸铜变为蓝色，说明有水生成，丙中澄清石灰水变浑浊说明有二氧化碳生成，所以甲烷还原氧化铜的产物有：铜（或Cu）、水（或H2O）、二氧化碳（或CO2），故填：铜（或Cu）、水（或H2O）、二氧化碳（或CO2）。（7）甲烷和空气混合物加热可能发生爆炸，故先通氮气排尽装置内的空气，防止装置发生爆炸，故填：排尽装置内的空气，防止装置发生爆炸。4．目前，我区家庭普遍使用天然气（主要成分是甲烷CH4），其燃烧后的产物可能有什么？同学们开展了以下探究：【提出问题】甲烷燃烧后生成哪些物质？【猜想与假设】猜想一：CO2、H2O；猜想二：CO、H2O；猜想三：CO2、CO、H2O【查阅资料】白色无水CuSO4粉末遇水变蓝色【设计并进行实验】将甲烷在一定量的纯净氧气中燃烧的产物依次通过下图装置，进行验证：（1）请根据实验现象，填写实验结论。实验现象实验结论A中白色粉末变为蓝色，B、E中石灰水变浑浊，D中红棕色粉末变成黑色猜想成立（2）实验过程中C装置的作用是；装置E的作用是。（3）D装置中发生反应的化学方程式是；该反应中，发生氧化反应的物质是。（4）实验过程中用纯净O2而不用空气的原因是