Question

19．把1體積CH₄和4體積Cl₂組成的混合氣體沖入大試管中，將此試管倒立在盛有Na₂SiO₃溶液的水槽里，放在光亮處．
（1）試管中觀察到的現(xiàn)象：①試管中氣體顏色會變淺
②水位在試管內(nèi)上升
③試管壁上有油狀液滴
（2）水槽中觀察到的現(xiàn)象生成沉淀
（3）寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：
①CH₄與Cl₂反應(yīng)（第一步）CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl
②Na₂SiO₃溶液中發(fā)生的反應(yīng)2HCl+Na₂SiO₃=2NaCl+H₂SiO₃↓，
（4）待反應(yīng)完成后，測得4種取代物物質(zhì)的量相等，則反應(yīng)中消耗Cl₂為2.5體積．

Answer 1

分析 （1）氯氣在光照條件下發(fā)生了取代反應(yīng)，生成的物質(zhì)有：CH₃Cl（氣體）、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄、HCl；
①生成的產(chǎn)物均無色；
②反應(yīng)生成了氯化氫，氯化氫易溶于水；
③生成的CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄常溫下均為無色液體油狀液滴；
（2）氯化氫是強酸，溶于水后與溶液中硅酸鈉反應(yīng)置換出硅酸，硅酸不溶于水；
（3）依據(jù)負原理書寫化學(xué)反應(yīng)方程式即可；
（4）根據(jù)甲烷的物質(zhì)的量計算出四種取代產(chǎn)物的物質(zhì)的量，再根據(jù)甲烷與氯氣的取代反應(yīng)特點計算出消耗氯氣的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）CH₄和Cl₂光照發(fā)生反應(yīng)：CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，CH₃Cl+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₂Cl₂+HCl，CH₂Cl₂+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CHCl₃+HCl，CHCl₃+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CCl₄+HCl，生成CH₃Cl（氣體）、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄、HCl，
①生成的產(chǎn)物均無色，所以試管中氣體顏色會變淺，故答案為：試管中氣體顏色會變淺；
②因生成的HCl易溶于水，反應(yīng)后，試管內(nèi)氣體壓強減小，水位在試管內(nèi)上升，故答案為：水位在試管內(nèi)上升；
③因生成的HCl易溶于水，反應(yīng)后，試管內(nèi)上方有酸霧，由于生成的CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄常溫下均為無色液體，使試管壁上有油狀液滴，故答案為：試管壁上有油狀液滴；
（2）氯化氫是強酸，溶于水后與溶液中硅酸鈉反應(yīng)置換出硅酸，硅酸不溶于水，即有沉淀生成，故答案為：生成沉淀；
（3）①CH₄與Cl₂反應(yīng)方程式為：CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，故答案為：CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；
②HCl與Na₂SiO₃溶液反應(yīng)生成硅酸和氯化鈉，反應(yīng)方程式為：2HCl+Na₂SiO₃=2NaCl+H₂SiO₃↓，故答案為：2HCl+Na₂SiO₃=2NaCl+H₂SiO₃↓；
（4）1mol甲烷與氯氣完全反應(yīng)生成四種有機產(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，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，即1體積甲烷消耗2.5體積氯氣，故答案為：2.5．

點評 本題考查了甲烷的取代反應(yīng)原理，題目難度不大，注意掌握甲烷的化學(xué)性質(zhì)，明確取代反應(yīng)原理，（2）為易錯點，注意反應(yīng)產(chǎn)物與有機產(chǎn)物的不同及甲烷與氯氣的取代反應(yīng)特點．