Question

14．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：

根據(jù)設(shè)計(jì)要求回答：
（1）B裝置有三種功能：①干燥氣體；②控制氣流速度；③均勻混合氣體．
（2）設(shè)V（Cl₂）/V（CH₄）=x，若測得通入1molCH₄得到四種有機(jī)產(chǎn)物物質(zhì)的量相等，則理論上x值應(yīng)為2.5．
（3）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）E裝置的作用是CD（填編號）．
A．收集氣體  B．吸收氯氣   C．防止倒吸  D．吸收氯化氫
（5）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$\stackrel{強(qiáng)光}{→}$C+4HCl．
（6）E裝置除生成鹽酸外，還含有有機(jī)物，從E中分離出有機(jī)物的最佳方法為分液．該裝置還有缺陷，原因是沒有進(jìn)行尾氣處理，其尾氣主要成分為ab（填編號）．
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$\stackrel{強(qiáng)光}{→}$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）濃硫酸可以干燥氯氣和氯化氫，B裝置有控制氣流速度、均勻混合氣體功能；
（2）根據(jù)甲烷的物質(zhì)的量計(jì)算出四種取代產(chǎn)物的物質(zhì)的量，再根據(jù)甲烷與氯氣的取代反應(yīng)特點(diǎn)計(jì)算出消耗氯氣的物質(zhì)的量；
（3）氯氣能將碘化鉀氧化為碘單質(zhì)；
（4）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；
（5）在C裝置中，經(jīng)過一段時(shí)間的強(qiáng)光照射，生成的黑色小顆粒為炭黑，甲烷和氯氣反應(yīng)生成碳和氯化氫；
（6）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：（1）生成的氯氣中含有水，因濃硫酸具有吸水性，具有干燥作用，B裝置除具有干燥作用之外，具有控制氣流速度、均勻混合氣體，
故答案為：控制氣流速度；均勻混合氣體；
（2）1mol甲烷與氯氣完全反應(yīng)生成四種有機(jī)產(chǎn)物的物質(zhì)的量相同，即分別生成了0.25molCH₃Cl（氣體）、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄，根據(jù)取代反應(yīng)特點(diǎn)，每取代1molH原子，需要消耗1mol氯氣，則總共消耗氯氣的物質(zhì)的量為：0.25mol+0.25mol×2+0.25mol×3+0.25mol×4=2.5mol，則V（Cl₂）/V（CH₄）=x=2.5，
故答案為：2.5；
（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，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；
（4）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；
（5）生成的黑色小顆粒為炭黑，甲烷在強(qiáng)光照射下可發(fā)生CH₄+2Cl₂$\stackrel{強(qiáng)光}{→}$C+4HCl，
故答案為：CH₄+2Cl₂$\stackrel{強(qiáng)光}{→}$C+4HCl；
（6）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；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，只有一氯甲烷是氣體，還可能有過量的甲烷，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 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，（2）為易錯(cuò)點(diǎn)，注意甲烷與氯氣的取代反應(yīng)特點(diǎn)．