Question

【題目】利用甲烷與氯氣發生取代反應制取副產品鹽酸的設想在工業上已成為現實。某化學興趣小組在實驗室中模擬上述過程，其設計的模擬裝置如下：

試回答下列問題：

（1）請寫出C裝置中生成CH3Cl的化學方程式：___________________________________。有人認為E中有氯化氫產生，不能證明甲烷與氯氣發生了取代反應，你認為他的看法________(填“正確”或“不正確”)。

（2）B裝置有三種功能：①控制氣流速率；②混勻混合氣體；③________________。

（3）一段時間后發現D裝置中的棉花由白色變為藍色，則棉花上可能預先滴有________溶液。

（4）E裝置中除鹽酸外，還含有機物，從E中分離出鹽酸的最佳方法為________(填字母)。

a．分液法 b．蒸餾法 c．結晶法

（5）將1 mol CH4與Cl2發生取代反應，充分反應后生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四種有機產物的物質的量依次增大0.1 mol，則參加反應的Cl2的物質的量為________，生成HCl的總物質的量為________。

Answer 1

【答案】CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl 正確 干燥氣體 淀粉-KI a 3 mol 3 mol

【解析】

在加熱條件下，濃鹽酸和二氧化錳反應生成氯氣，濃硫酸具有吸水性，可以作干燥劑，C中甲烷和氯氣在光照條件下發生取代反應生成氯代甲烷和HCl，尾氣中含有氯化氫，氯化氫極易溶于水，所以E裝置是吸收氯化氫制得鹽酸，球形干燥管能防倒吸；

(1)C 裝置中生成 CH3Cl的反應是甲烷和氯氣光照發生取代反應生成，E 中有氯化氫產生，不能證明甲烷與氯氣發生了取代反應，可能是濃鹽酸揮發出的氯化氫氣體、或未反應的氯氣與水反應生成的；

(2)濃硫酸具有吸水性，控制氣流速度等；

(3)D裝置中有未完全反應的Cl2，碘遇淀粉溶液變藍色；

(4)生成的有機物不溶于水，可以利用分液方法分離；

(5)CH4與Cl2發生取代反應時，一半的Cl進入HCl，一半的氯在有機物中，根據充分反應后生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四種有機產物的物質的量依次增大0.1mol，結合C守恒，計算出各自的物質的量，進而計算所需氯氣的物質的量。

(1)C裝置中生成 CH3Cl的反應是甲烷和氯氣光照發生取代反應生成，反應的化學方程式：CH4+Cl2CH3Cl+HCl，E中有氯化氫產生，不能證明甲烷與氯氣發生了取代反應，可能是濃鹽酸揮發出的氯化氫氣體、或未反應的氯氣與水反應生成的，他的看法正確；

(2)濃硫酸具有吸水性，因為甲烷和氯氣中含有水蒸氣，所以濃硫酸干燥混合氣體，還可以控制氣流速度，能均勻混合氣體等作用；

(3)D裝置中的棉花由白色變為藍色，結合D裝置中含有Cl2，說明棉花上可能預先滴有淀粉—KI溶液，Cl2氧化KI生成I2，碘遇淀粉溶液變藍色；

(4)氯代甲烷難溶于水，而HCl極易溶于水，可以采用分液方法分離提純，故答案為a；

(5)根據充分反應后生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四種有機產物的物質的量依次增大0.1mol，可以設其物質的量分別是x、（x+0.1mol）、（x+0.2mol）、（x+0.3mol）；根據C守恒，x+（x+0.1mol）+（x+0.2mol）+（x+0.3mol）=1mol，解得x=0.1mol，n(CH3Cl)、n(CH2Cl2)、n(CHCl3)、n(CCl4)物質的量依次為0.1mol、0.2mol、0.3mol、0.4mol，發生取代反應時，一半的Cl進入HCl，消耗氯氣的物質的量為0.1mol+2×0.2mol+3×0.3mol+4×0.4mol=3mol，生成HCl的物質的量共為3mol。