Question

16．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)的模擬裝置如下：

根據(jù)要求填空：
（1）裝置A中反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（2）B裝置有三種功能：①控制氣流速度；②使氣體混合均勻；③干燥氣體．
（3）設(shè)$\frac{V（C{l}_{2}）}{V（C{H}_{4}）}$=x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x的取值范圍是≥4．
（4）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
（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$\stackrel{光照}{→}$C+4HCl．
（6）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，其尾氣的主要成分是AB（填編號(hào)）．
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 $\stackrel{光照}{→}$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）裝置A中二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)生成氯氣；
（2）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(yīng)，產(chǎn)物為氯化氫和二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；
（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）甲烷與氯氣反應(yīng)生成氯化氫和碳單質(zhì)；
（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）裝置A中二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)生成氯氣，其反應(yīng)的方程式為：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：使氣體混合均勻，干燥氣體；
（3）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)$\frac{V（C{l}_{2}）}{V（C{H}_{4}）}$=x，
若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x值應(yīng)保證甲烷被完全取代，x應(yīng)大于或等于4，
故答案為：≥4；
（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）甲烷與氯氣反應(yīng)生成氯化氫和碳單質(zhì)，其反應(yīng)的方程式為：CH₄+2Cl₂$\stackrel{光照}{→}$C+4HCl；
故答案為：CH₄+2Cl₂$\stackrel{光照}{→}$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；A、B．

點(diǎn)評(píng) 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，本題注意把握題給信息，易錯(cuò)點(diǎn)為（6），注意把握產(chǎn)物的判斷．