Question

16．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：

試回答下列問題：
（1）請(qǐng)寫出C裝置中生成CH₃Cl的化學(xué)反應(yīng)方程式：CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl．有人認(rèn)為E中有氯化氫產(chǎn)生，不能證明甲烷與氯氣發(fā)生了取代反應(yīng)，你認(rèn)為他的看法正確（填“正確”或“不正確”）．
（2）B裝置有三種功能；①控制氣流速度；②混勻混合氣體；③干燥氯氣和氯化氫．
（3）一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)D裝置中的棉花由白色變?yōu)樗{(lán)色，則棉花上可能預(yù)先滴有淀粉KI溶液．
（4）E裝置中除鹽酸外，還含有機(jī)物，從E中分離出鹽酸的最佳方法為分液（填字母）．
A．分液法　　　　B．蒸餾法     C．結(jié)晶法
（5）將1molCH₄與Cl₂發(fā)生取代反應(yīng)，充分反應(yīng)后生成的CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄四種有機(jī)產(chǎn)物的物質(zhì)的量依次增大0.1mol，則參加反應(yīng)的Cl₂的物質(zhì)的量為3mol，生成HCl的物質(zhì)的量共為1.5mol．

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，與有機(jī)物可用分液的方法分離，
（1）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，根據(jù) 上面的分析可知，在強(qiáng)光照射下，氯氣與甲烷發(fā)生置換反應(yīng)，也有氯化氫生成，所以E中有氯化氫產(chǎn)生，不能證明甲烷與氯氣發(fā)生了取代反應(yīng)；
（2）濃硫酸可以干燥氯氣和氯化氫；
（3）氯氣能將碘化鉀氧化為碘單質(zhì)，碘單質(zhì)遇到淀粉會(huì)變藍(lán)色；
（4）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；
（5）CH₄與Cl₂發(fā)生取代反應(yīng)時(shí)，一半的Cl進(jìn)入HCl，一般的氯在有機(jī)物中，根據(jù)充分反應(yīng)后生成CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄四種有機(jī)產(chǎn)物的物質(zhì)的量依次增大0.1mol，計(jì)算出各自的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算所需氯氣的物質(zhì)的量．

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，與有機(jī)物可用分液的方法分離，
（1）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，反應(yīng)方程式為CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，根據(jù) 上面的分析可知，在強(qiáng)光照射下，氯氣與甲烷發(fā)生置換反應(yīng)，也有氯化氫生成，所以E中有氯化氫產(chǎn)生，不能證明甲烷與氯氣發(fā)生了取代反應(yīng)，
故答案為：CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；正確；
（2）濃硫酸可以干燥氯氣和氯化氫，
故答案為：干燥氯氣和氯化氫；
（3）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)，所以棉花上均勻滴有足量淀粉KI溶液，能吸收過量的氯氣，生成碘單質(zhì)與淀粉在一起會(huì)變藍(lán)色，所以棉花上可能預(yù)先滴有淀粉KI溶液溶液，
故答案為：淀粉KI溶液；
（4）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，
故答案為：分液；
（5）根據(jù)充分反應(yīng)后生成CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄四種有機(jī)產(chǎn)物的物質(zhì)的量依次增大0.1mol，可以設(shè)其物質(zhì)的量分別是0.1mol、0.2mol、0.3mol、0.4mol；
四種有機(jī)取代物的物質(zhì)的量之比為n（CH₃Cl）：n（CH₂Cl₂）：n（CHCl₃）：n（CCl₄）=1：2：3：4，發(fā)生取代反應(yīng)時(shí)，一半的Cl進(jìn)入HCl，消耗氯氣的物質(zhì)的量為0.1mol+2×0.2mol+3×0.3mol+4×0.4mol=3mol，生成HCl的物質(zhì)的量共為1.5mol，
故答案為：3mol；1.5mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了甲烷的取代反應(yīng)原理，題目難度中等，注意掌握甲烷的化學(xué)性質(zhì)，明確取代反應(yīng)原理，（5）為易錯(cuò)點(diǎn)，注意甲烷與氯氣的取代反應(yīng)特點(diǎn)．