Question

5．利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應制取副產品鹽酸的設想在工業(yè)上已成為現實．某化學興趣小組通過在實驗室中模擬上述過程，其設計的模擬裝置如下：
（1）寫出A裝置中發(fā)生反應的離子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O
（2）B裝置主要有三種功能：①干燥混合氣體②控制氣流速度③均勻混合氣體；
（3）設$\frac{V（C{I}_{2}）}{V（C{H}_{4}）}$=x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x的值應≥4
（4）D裝置中棉花上均勻滴有足量淀粉KI濃溶液，其作用是吸收過量的氯氣，一段時間后發(fā)現棉花由白色變?yōu)樗{色．
（5）在C裝置中，經過一段時間的強光照射，發(fā)現硬質玻璃管內壁有黑色小顆粒產生，寫出反應的化學方程式CH₄+2Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$C+4HCl．
（6）E裝置中使用球形干燥管的作用是防倒吸
（7）E裝置中除鹽酸外，還含有有機物，從E中分離出鹽酸的最佳方法為A（填字母）．
A．分液法       B．蒸餾法      C．過濾        D．結晶法．

Answer 1

分析 實驗室用濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下發(fā)生反應生成Cl₂，Cl₂經干燥后和甲烷在光照條件下發(fā)生取代反應，生成多種氯代烴和HCl，在強光照射下可發(fā)生CH₄+2Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$C+4HCl，生成的黑色小顆粒為炭黑，最后生成的HCl溶于水生成鹽酸，與有機物可用分液的方法分離．
（1）A裝置為制備氯氣，二氧化錳與濃鹽酸反應生成氯化錳、氯氣和水；
（2）濃硫酸可以干燥氯氣和氯化氫，根據冒出氣泡的速率來控制氣體硫酸；
（3）甲烷可以和氯氣發(fā)生取代反應，產物為氯化氫和二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；
（4）氯氣能將碘化鉀氧化為碘單質，碘單質遇到淀粉會變藍色；
（5）甲烷可以和氯氣發(fā)生取代反應生成碳和氯化氫；
（6）反應產物中含有氯化氫，易溶于水需要防止倒吸；
（7）最后生成的HCl溶于水生成鹽酸，與有機物可用分液的方法分離．

解答 解：實驗室用濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下發(fā)生反應生成Cl₂，Cl₂經干燥后和甲烷在光照條件下發(fā)生取代反應，生成多種氯代烴和HCl，在強光照射下可發(fā)生CH₄+2Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$C+4HCl，生成的黑色小顆粒為炭黑，最后生成的HCl溶于水生成鹽酸，與有機物可用分液的方法分離．
（1）A裝置為制備氯氣，二氧化錳與濃鹽酸反應生成氯化錳、氯氣和水，其反應的離子方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）生成的氯氣中含有水，B裝置除具有控制氣流速度、均勻混合氣體之外，因濃硫酸具有吸水性，還具有干燥作用，
故答案為：干燥混合氣體；控制氣流速度；
（3）氯氣與甲烷發(fā)生取代反應，反應特點是1mol氯氣可取代1molH原子生成1molHCl，設$\frac{V（C{l}_{2}）}{V（C{H}_{4}）}$=x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x值應保證甲烷被完全取代，x應大于或等于4，
故答案為：≥4；
（4）氯氣具有氧化性，KI中-1價的碘能被氯氣氧化，產物為氯化鉀固體和碘單質，所以棉花上均勻滴有足量淀粉KI濃溶液，能吸收過量的氯氣，生成碘單質與淀粉在一起會變藍色；
故答案為：吸收過量的氯氣；藍；
（5）生成的黑色小顆粒為炭黑，在強光照射下可發(fā)生反應：CH₄+2Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$C+4HCl，
故答案為：CH₄+2Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$ C+4HCl；
（6）裝置中最后剩余的氯化氫氣體需要吸收不能排放到空氣中，則裝置E是吸收HCl的裝置，由于氯化氫易溶于水需要防止倒吸，所以要用使用球形干燥管來防止倒吸；
故答案為：防倒吸；
（7）E裝置中除了有鹽酸生成外，還含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水，能分層，可用分液分開；
故答案為：A．

點評 本題考查了物質制備和性質實驗設計，主要考查了氯氣的制備以及甲烷與氯氣的取代反應，題目難度中等，側重于考查學生的實驗探究能力和對基礎知識的綜合應用能力．