Question

6．某化工廠利用甲烷與氯氣反應得到的副產(chǎn)品來制取鹽酸實現(xiàn)了變廢為寶的夢想，其生產(chǎn)原理可在實驗室中模擬如下，請根據(jù)要求填空：

（1）寫出裝置A中發(fā)生反應的化學方程式MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（2）B裝置的三種功能是①控制氣流速度，②干燥混合氣體，③均勻混合氣體；
（3）設$\frac{V（C{l}_{2}）}{V（C{H}_{4}）}$=x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x值應≥4；
（4）在C裝置中，經(jīng)過一段時間的強光照射后，發(fā)現(xiàn)硬質玻璃管內壁有油珠附著，寫出生成產(chǎn)物中分子量最大的物質的化學方程式CH₄+4Cl₂→CCl₄+4HCl；
（5）D裝置的作用是BCD（填編號）；
A．收集氣體  B．吸收氯氣
C．防止倒吸 D．吸收氯化氫
（6）D裝置除生成鹽酸外，還含有有機物，從中分離出鹽酸的最佳方法為分液；該裝置還有缺陷，原因是沒有進行尾氣處理，其尾氣主要成分為①②（填編號）．
①CH₄�、贑H₃Cl�、跜H₂Cl₂　④CHCl₃�、軨Cl₄．

Answer 1

分析 實驗室用濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下發(fā)生反應生成Cl₂，Cl₂經(jīng)干燥后和甲烷在光照條件下發(fā)生取代反應，生成多種氯代烴和HCl，在強光照射下可發(fā)生發(fā)現(xiàn)硬質玻璃管內壁有油珠附著，生成產(chǎn)物中分子量最大的物質為四氯化碳，最后生成的HCl溶于水生成鹽酸，與有機物可用分液的方法分離，
（1）MnO₂能將HCl（濃）氧化為MnCl₂和Cl₂；被還原氯化氫是氯氣的2倍；
（2）依據(jù)氣體冒出速率可知反應速率，濃硫酸可以干燥氯氣和氯化氫；
（3）甲烷可以和氯氣發(fā)生取代反應，產(chǎn)物為氯化氫和一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x值應保證甲烷被完全取代；
（4）在C裝置中，經(jīng)過一段時間的強光照射后，發(fā)現(xiàn)硬質玻璃管內壁有油珠附著，生成產(chǎn)物中分子量最大的物質為CCl₄；
（5）裝置中最后剩余的氯氣、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；
（6）甲烷可以和氯氣發(fā)生取代反應，產(chǎn)物為氯化氫和一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；最后生成的HCl溶于水生成鹽酸，與有機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）MnO₂能將HCl（濃）氧化為MnCl₂和Cl₂，反應方程式為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（2）生成的氯氣中含有水，B裝置除具有控制氣流速度、均勻混合氣體之外，因濃硫酸具有吸水性，還具有干燥作用，
故答案為：控制氣流速度；干燥混合氣體；均勻混合氣體；
（3）氯氣與甲烷發(fā)生取代反應，反應特點是1mol氯氣可取代1molH原子生成1molHCl，設$\frac{V（C{l}_{2}）}{V（C{H}_{4}）}$=x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x值應保證甲烷被完全取代，x應大于或等于4，故答案為：≥4；
（4）在C裝置中，經(jīng)過一段時間的強光照射后，發(fā)現(xiàn)硬質玻璃管內壁有油珠附著，生成產(chǎn)物中分子量最大的物質為CCl₄，甲烷和氯氣發(fā)生取代反應，反應的化學方程式為：CH₄+4Cl₂→CCl₄+4HCl，
故答案為：CH₄+4Cl₂→CCl₄+4HCl；       
（5）裝置中最后剩余的氯氣、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：BCD．
（6）甲烷可以和氯氣發(fā)生取代反應，產(chǎn)物為氯化氫和一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；其中一氯甲烷為氣態(tài)，反應生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油狀的液體，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；
一氯甲烷是氣體，還可能有過量的甲烷，所以尾氣的主要成分是可能存在剩余的甲烷和生成的一氯甲烷等氣體，應進行尾氣處理，
故答案為：分液； ①②．

點評 本題考查氯氣的制備以及甲烷與氯氣的取代反應，掌握反應的原理、準確把握產(chǎn)物的判斷是答題的關鍵，題目難度中等．