Question

2．利用甲烷和氯氣發(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)興趣小組通過在實(shí)驗(yàn)室中模擬上述過程，其設(shè)計(jì)的模擬裝置如圖所示，根據(jù)要求填空：
（1）B裝置有三種功能：①控制氣流速度；②干燥混合氣體；③均勻混合氣體．
（2）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)大于或等于4．
（3）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．
（4）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．該裝置的主要缺陷是沒有進(jìn)行尾氣處理．
（5）已知丁烷與氯氣的取代反應(yīng)的產(chǎn)物之一為C₄H₈Cl₂，其有9種同分異構(gòu)體．

Answer 1

分析 裝置A：用濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)生成Cl₂，裝置B：控制氣流速度，干燥Cl₂，均勻混合CH₄、Cl₂氣體，裝置C：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，裝置D：能吸收過量的氯氣，裝置E：最后生成的HCl溶于水生成鹽酸，氯化氫易溶于水需要防止倒吸，從E中分離出鹽酸，可用分液的方法分離．
（1）混合氣體通過液體，可達(dá)到均勻混合氣體的作用；
（2）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；
（3）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)生為碳，此外還生成氯化氫；
（4）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；反應(yīng)后的有機(jī)氣體如CH₄、CH₃Cl會(huì)逸散到空氣中，污染空氣；
（5）先根據(jù)烴中氫原子的種類等于一氯代物的種類，二氯代物的同分異構(gòu)體可以采用“定一移二”法解題．

解答 解：（1）生成的氯氣中含有水，濃硫酸具有吸水性，具有干燥作用，另外還有控制氣流速度，和均勻混合氣體的作用，
故答案為：均勻混合氣體；
（2）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：大于或等于4；
（3）生成的黑色小顆粒為炭黑，在強(qiáng)光照射下可發(fā)生反應(yīng)：CH₄+2Cl₂$\stackrel{光照}{→}$C+4HCl，
故答案為：CH₄+2Cl₂$\stackrel{光照}{→}$C+4HCl；
（4）鹽酸和有機(jī)物不能互溶，所以可以采用分液的方法分離，由于有機(jī)氣體如CH₄、CH₃Cl會(huì)逸散到空氣中污染大氣，應(yīng)該堿性尾氣處理，該裝置的缺點(diǎn)是缺少尾氣處理裝置，
故答案為：分液；沒有進(jìn)行尾氣處理；
 （5）C₄H₈Cl₂的同分異構(gòu)體可以采取“定一移二”法，由圖可知C₄H₈Cl₂共有9種同分異構(gòu)體，
故答案為：9．

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（3），注意把握產(chǎn)物的判斷，（5）C₄H₈Cl₂的同分異構(gòu)體注意二氯代物的同分異構(gòu)體可以采用“定一議二”法解題．