Question

13．利用氯氣將甲烷取代制取副產(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）B裝置有三種功能：①控制氣體流速；②使氯氣與甲烷混合均勻；③干燥混合氣體．
（2）D裝置的石棉中均勻混有KI粉末，其作用是吸收過量的Cl₂．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
（3）E裝置除生成鹽酸外，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，其尾氣主要成分為AB（填編號(hào)）．
A．CH₄     B．CH₃Cl     C．CH₂Cl₂ D．CHCl₃
（4）在C中，強(qiáng)光一段時(shí)間后硬質(zhì)玻璃管內(nèi)有黑色顆粒產(chǎn)生，寫出置換出黑色顆粒的化學(xué)方程式CH₄+2Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$C+4HCl．
（5）寫出A中反應(yīng)的化學(xué)方程式MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O
（6）設(shè)$\frac{V（C{I}_{2}）}{V（C{H}_{4}）}$=x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x的取值范圍為x≥4．
（7 ）一氣態(tài)烷烴和一氣態(tài)烯烴組成混合氣體共10g，混合氣體的密度是相同條件下氫氣的12.5倍，該混合氣體通過溴水時(shí)，溴水增重8.4g，求該混合氣體的組成甲烷、乙烯．

Answer 1

分析 （1）氣體可以在B中充分混合，濃硫酸具有吸水性，可以干燥混合氣體；
（2）氯氣能將碘化鉀氧化為碘單質(zhì)；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；
（3）HCl溶于水生成鹽酸，與有機(jī)物相互不溶解；反應(yīng)生成的產(chǎn)物中一氯甲烷為氣體，還會(huì)剩余未反應(yīng)的甲烷；
（4）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；
（5）A中二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)生成氯氣和氯化錳和水；
（6）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；
（7）依據(jù)混合氣體的密度是相同條件下氫氣的12.5倍，計(jì)算混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量為28，據(jù)此判斷存在甲烷，依據(jù)烯烴與溴發(fā)生加成反應(yīng)，而甲烷不與溴水反應(yīng)，所以溴水增重的質(zhì)量為烯烴，結(jié)合質(zhì)量根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算混合氣體的總物質(zhì)的量、甲烷的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算烯烴的物質(zhì)的量，再計(jì)算烯烴的相對(duì)分子質(zhì)量，結(jié)合組成通式C_nH_2n確定其組成．

解答 解：（1）B裝置有三種功能：①控制氣體流速②使氯氣與甲烷混合均勻③干燥混合氣體；
故答案為：使氯氣與甲烷混合均勻；干燥混合氣體；
（2）氯氣能夠與碘化鉀發(fā)生反應(yīng)，所以可以用碘化鉀吸收過量的氯氣；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：吸收過量的氯氣；CD；
（3）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；A、B；
（4）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；
（5）A中二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)生成氯氣和氯化錳和水，方程式為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
故答案為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（6）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)$\frac{V（C{I}_{2}）}{V（C{H}_{4}）}$=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；
（7）混合氣體的密度是相同條件下氫氣的12.5倍，則混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量=12.5×2=25，烯烴的最小相對(duì)分子質(zhì)量為28，故該混合氣體一定含有CH₄，烯烴與溴發(fā)生加成反應(yīng)，而甲烷不與溴水反應(yīng)，故溴水增重8.4g為烯烴的質(zhì)量，則甲烷的質(zhì)量=10g-8.4g=1.6g，其物質(zhì)的量=$\frac{1.6g}{16g/mol}$=0.1mol，混合氣體的物質(zhì)的量=$\frac{10g}{25g/mol}$=0.4mol，故烯烴的物質(zhì)的量=0.4mol-0.1mol=0.3mol，則烯烴的相對(duì)分子質(zhì)量=$\frac{8.4g}{0.3mol}$=28，令烯烴組成為C_nH_2n，則12n+2n=28，解得n=2，故該混合氣體為甲烷、乙烯；
故答案為：甲烷、乙烯．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了氯氣的制備和甲烷的性質(zhì)，明確氯氣制備原理、甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等．