Question

17．利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)的副產(chǎn)品生產(chǎn)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，所設(shè)計的裝置如圖所示：

（1）A中制取C1₂反應(yīng)的化學(xué)方程式是MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（2）C中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)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(jī)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(jī)取代物的物質(zhì)的量相等，則消耗的氯氣的物質(zhì)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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(yīng)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(qiáng)氧化性，能將碘離子氧化生成碘單質(zhì)，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(jìn)行尾氣處理；
（5）鹽酸和有機(jī)物不能互溶，所以可以采用分液的方法分離；
（6）根據(jù)四種取代物的物質(zhì)的量相等結(jié)合碳原子守恒計算取代物的物質(zhì)的量，再根據(jù)被取代的氫原子和氯氣分子之間的關(guān)系式計算消耗氯氣的物質(zhì)的量；

解答 解：甲烷與氯氣在光照的條件下發(fā)生取代反應(yīng)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(yīng)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(jìn)行尾氣處理．
（1）MnO₂能將HCl（濃）氧化為MnCl₂和Cl₂，A中制取Cl₂反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)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(yīng)：2KI+Cl₂=2KCl+I₂，
故答案為：除去過量的氯氣；
（4）由于上述過程中產(chǎn)生的氯氣和HCl均易導(dǎo)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(yīng)，若生成相同物質(zhì)的量的四種取代物，所以每種取代物的物質(zhì)的量是0.25mol，甲烷和氯氣的取代反應(yīng)中，被取代的氫原子的物質(zhì)的量與氯氣的物質(zhì)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(zhì)的量=0.25mol+0.5mol+0.75mol+1mol=2.5mol，
故答案為：2.5mol；

點(diǎn)評 本題考查氯氣的制備以及甲烷與氯氣的取代反應(yīng)，題目難度中等，本題注意實(shí)驗(yàn)的原理，以及甲烷的取代反應(yīng)中被取代的氫原子和氯氣之間的關(guān)系．