Question

17．利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應的副產品生產鹽酸的設想在工業(yè)上已成為現實．某化學興趣小組擬在實驗室中模擬上述過程，所設計的裝置如圖所示：

（1）A中制取C1₂反應的化學方程式是MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（2）C中發(fā)生反應的化學方程式是CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl．（寫出一個即可）
（3）D裝置中的石棉上吸附著潮濕的KI粉末，其作用是除去過量的氯氣．
（4）E裝置的作用是C（填序號）．
a．收集氣體      b．吸收氯氣      c．吸收氯化氫
（5）E裝置中除了有鹽酸生成外，還含有有機物，從E中分離出鹽酸的最佳方法是分液（填操作名稱）．
（6）將l mol CH₄與C1₂發(fā)生取代，測得4種有機取代物的物質的量相等，則消耗的氯氣的物質的量是2.5mol．

Answer 1

分析 甲烷與氯氣在光照的條件下發(fā)生取代反應生成多種氯代甲烷和氯化氫．A裝置是濃鹽酸和二氧化錳制取氯氣的發(fā)生裝置，通過B裝置，除去氯氣中的水蒸氣，控制兩種氣體的流速，使氯氣和甲烷混合均勻，C裝置是甲烷和氯氣發(fā)生取代反應的裝置，D裝置盛有濕潤的KI粉末可以用來除去過量的氯氣，尾氣中含有有毒氣體CH₃Cl和過量的甲烷，容易污染空氣，需要進行尾氣處理．
（1）MnO₂能將HCl（濃）氧化為MnCl₂和Cl₂；
（2）甲烷可以和氯氣放生取代反應生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、三氯甲烷和氯化氫；
（3）氯氣具有強氧化性，能將碘離子氧化生成碘單質，所以D裝置的石棉中均勻混有KI粉末，其作用是吸收過量的氯氣；
（4）尾氣中含有有毒氣體CH₃Cl和過量的甲烷，容易污染空氣，需要進行尾氣處理；
（5）鹽酸和有機物不能互溶，所以可以采用分液的方法分離；
（6）根據四種取代物的物質的量相等結合碳原子守恒計算取代物的物質的量，再根據被取代的氫原子和氯氣分子之間的關系式計算消耗氯氣的物質的量；

解答 解：甲烷與氯氣在光照的條件下發(fā)生取代反應生成多種氯代甲烷和氯化氫．A裝置是濃鹽酸和二氧化錳制取氯氣的發(fā)生裝置，通過B裝置，除去氯氣中的水蒸氣，控制兩種氣體的流速，使氯氣和甲烷混合均勻，C裝置是甲烷和氯氣發(fā)生取代反應的裝置，D裝置盛有濕潤的KI粉末可以用來除去過量的氯氣，尾氣中含有有毒氣體CH₃Cl和過量的甲烷，容易污染空氣，需要進行尾氣處理．
（1）MnO₂能將HCl（濃）氧化為MnCl₂和Cl₂，A中制取Cl₂反應的化學方程式MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（2）甲烷與氯氣反應生成一氯甲烷的方程式為：CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，
故答案為：CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；
（3）濕潤的KI粉末可以用來除去過量的氯氣，發(fā)生反應：2KI+Cl₂=2KCl+I₂，
故答案為：除去過量的氯氣；
（4）由于上述過程中產生的氯氣和HCl均易導致大氣污染，所以E的作用是吸收尾氣，HCl極易溶于水易發(fā)生倒吸，所以E還可以防止倒吸，
故答案為：C；
（5）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：分液；
（6）1mol甲烷完全與氯氣發(fā)生取代反應，若生成相同物質的量的四種取代物，所以每種取代物的物質的量是0.25mol，甲烷和氯氣的取代反應中，被取代的氫原子的物質的量與氯氣的物質的量相等，所以生成0.25mol一氯甲烷需要氯氣0.25mol氯氣，生成0.25mol二氯甲烷需要氯氣0.5mol，生成0.25mol三氯甲烷需要氯氣0.75mol氯氣，生成0.25mol四氯化碳需要氯氣1mol，所以總共消耗氯氣的物質的量=0.25mol+0.5mol+0.75mol+1mol=2.5mol，
故答案為：2.5mol；

點評 本題考查氯氣的制備以及甲烷與氯氣的取代反應，題目難度中等，本題注意實驗的原理，以及甲烷的取代反應中被取代的氫原子和氯氣之間的關系．