Question

3．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)的模擬裝置如圖：

根據(jù)要求填空：
（1）裝置A中反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，當(dāng)產(chǎn)生336mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，有0.030mol還原劑被氧化．
（2）B裝置有三種功能：①控制氣流速度；②使氣體混合均勻；③干燥氣體．
（3）設(shè)V（Cl₂）/V（CH₄）=x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x的取值范圍是≥4．
（4）D裝置中的石棉上均勻附著濕潤(rùn)的KI粉末，其作用是吸收過量的氯氣．
（5）E裝置的作用是CD（填編號(hào)）．
A．收集氣體     B．吸收氯氣       C．防止倒吸      D．吸收氯化氫
（6）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CH₄+2Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$C+4HCl．
（7）裝置中除了有鹽酸生成外，還含有有機(jī)物，從E中分離出鹽酸的最佳方法為分液．該裝置還有缺陷，原因是沒有進(jìn)行尾氣處理，其尾氣的主要成分是AB（填編號(hào)）．
A．CH₄     B．CH₃Cl      C．CH₂Cl₂    D．CHCl₃     E．CCl₄．

Answer 1

分析 實(shí)驗(yàn)室用濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)生成Cl₂，Cl₂經(jīng)干燥后和甲烷在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)，生成多種氯代烴和HCl，在強(qiáng)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．
（1）MnO₂能將HCl（濃）氧化為MnCl₂和Cl₂；被還原氯化氫是氯氣的2倍；
（2）濃硫酸可以干燥氯氣和氯化氫；
（3）1mol氯氣可取代1molH原子生成1molHCl，欲獲得最多的氯化氫，則甲烷中的H原子被完全取代；
（4）氯氣能將碘化鉀氧化為碘單質(zhì)；
（5）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，氯化氫易溶于水需要放倒吸；
（6）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；
（7）甲烷可以和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，產(chǎn)物為氯化氫和一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；最后生成的HCl溶于水生成鹽酸，與有機(jī)物可用分液的方法分離；一氯甲烷是氣體，還可能有過量的甲烷．

解答 解：實(shí)驗(yàn)室用濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)生成Cl₂，Cl₂經(jīng)干燥后和甲烷在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)，生成多種氯代烴和HCl，在強(qiáng)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，
（1）MnO₂能將HCl（濃）氧化為MnCl₂和Cl₂，反應(yīng)方程式為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，生成氯氣的物質(zhì)的量為：$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，被還原的氯化氫為：0.015mol×2=0.03mol；
故答案為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；0.030；
（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：使氣體混合均勻；干燥混合氣體；
（3）氯氣與甲烷發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)特點(diǎn)是1mol氯氣可取代1molH原子生成1molHCl，設(shè)V（Cl₂）/V（CH₄）=x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則應(yīng)保證甲烷被完全取代，x應(yīng)大于或等于4，故答案為：x≥4；
（4）氯氣具有氧化性，KI中-1價(jià)的碘能被氯氣氧化，產(chǎn)物為氯化鉀固體和碘單質(zhì)，所以，D裝置的石棉中均勻混有KI粉末，能吸收過量的氯氣，
故答案為：吸收過量的氯氣；
（5）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，氯化氫易溶于水需要防止倒吸，故答案為：CD；
（6）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 $\stackrel{光照}{→}$C+4HCl，
故答案為：CH₄+2Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$C+4HCl；
（7）甲烷可以和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，產(chǎn)物為氯化氫和一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；其中一氯甲烷為氣態(tài)，反應(yīng)生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油狀的液體，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；一氯甲烷是氣體，還可能有過量的甲烷，所以尾氣的主要成分是可能存在剩余的甲烷和生成的一氯甲烷等氣體，應(yīng)進(jìn)行尾氣處理，
故答案為：分液；AB．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氯氣的制備以及甲烷與氯氣的取代反應(yīng)，掌握反應(yīng)的原理、準(zhǔn)確把握產(chǎn)物的判斷是答題的關(guān)鍵，題目難度中等．