Question

利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)制取副產(chǎn)品鹽酸的設(shè)想在工業(yè)上已成為現(xiàn)實(shí)．某化學(xué)興趣小組擬在實(shí)驗(yàn)室中模擬上述過程，其設(shè)計(jì)的模擬裝置如下（圖1）

（1）裝置B的作用：①控制氣流速度；②均勻混合氣體；③

 

（2）寫出Cl₂與CH₄在光照條下反應(yīng)方程式（任寫一個(gè)）：

 

（3）在C裝置中，經(jīng)過一段時(shí)間的強(qiáng)光照射，發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有黑色小顆粒產(chǎn)生，寫出置換出黑色小顆粒的化學(xué)方程式

 

．
（4）取裝置D中試管內(nèi)液體2mL，加到含有2mL溴水的試管中，然后充分振蕩該試管，并靜置．下列圖2示中，可表示試管內(nèi)液體的正確現(xiàn)象是

 

（填寫編號(hào)，圖中灰色表示有色液體）．
（5）實(shí)驗(yàn)前，E燒杯中有100mL水，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，E燒杯中溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.073．則參加取代反應(yīng)氯氣的體積（標(biāo)況）為

 

．（假設(shè)取代反應(yīng)生成的氯化氫氣體全部被E燒杯中的水吸收；忽略其他反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫氣體）
（6）該裝置存在缺陷，因?yàn)闆]有進(jìn)行尾氣處理，其尾氣的主要成分可能是

 

．（填寫化學(xué)式）

Answer 1

考點(diǎn)：氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法

專題：鹵族元素

分析：（1）濃硫酸可以吸收氯氣和氯化氫中的水蒸氣；
（2）Cl₂與CH₄在光照條下發(fā)生取代反應(yīng)，生成氯代烷和氯化氫；
（3）在C裝置中，經(jīng)過一段時(shí)間的強(qiáng)光照射，發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有黑色小顆粒為炭黑，說明有碳生成；
（4）氯代烷不溶于水，密度小于溴水的密度；
（5）依據(jù)甲烷可氯氣反應(yīng)的方程式可知消耗1mol氯氣生成1mol氯化氫，據(jù)此解答；
（6）依據(jù)Cl₂與CH₄在光照條下發(fā)生取代反應(yīng)，結(jié)合有機(jī)反應(yīng)的特點(diǎn)：不能完全進(jìn)行到底解答．

解答： 解：（1）裝置B的作用：①控制氣流速度；②均勻混合氣體；③干燥氯氣和甲烷，故答案為：干燥氯氣和甲烷；
（2）Cl₂與CH₄在光照條下發(fā)生取代反應(yīng)，化學(xué)方程式為：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl，故答案為：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl；
（3）CH₄與Cl₂在強(qiáng)光照射下生成的黑色小顆粒為炭黑，所以在強(qiáng)光照射下可發(fā)生CH₄+2Cl₂

光照

C+4HCl，
故答案為：CH₄+2Cl₂

光照

C+4HCl；
（4）氯代烷不溶于水，密度小于溴水的密度，所以混合后溶于分層，溴水層在下層，故答案為：①；
（5）氯化氫溶于水得到溶于密度接近于水，所以氯化氫的質(zhì)量為：100×0.073=7.3（g），則n（HCl）=

0.73g

36.5g/mol

=0.2mol，依據(jù)甲烷可氯氣反應(yīng)的方程式可知消耗1mol氯氣生成1mol氯化氫，所以參加取代反應(yīng)氯氣的物質(zhì)的量為0.2mol，標(biāo)況下體積為：0.2mol×22.4L/mol=4.48L，
故答案為：4.48L；
（6）Cl₂與CH₄在光照條下發(fā)生取代反應(yīng)，生成氯代烷和氯化氫，氯化氫易溶于水，所以尾氣的主要成分可能是甲烷、氯氣、一氯甲烷，
故答案為：CH₄、Cl₂、CH₃Cl．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了氯氣制備的原理和氯氣性質(zhì)的檢驗(yàn)，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的靈活運(yùn)用，題目難度中等，書寫氯氣制備的原理和性質(zhì)是解題關(guān)鍵．