Question

某研究小組為了探究甲烷和氯氣反應的情況，設計了幾個實驗．
請填寫下列空白：
【實驗一】用如圖所示裝置，收集一試管甲烷和氯氣的混合氣體，照后觀察到量筒內形成一段水柱，認為有氯化氫生成．
（1）該反應的反應類型為

 

；
（2）該反應的化學方程式為

 

；（只寫第一步）
（3）水槽中盛放的液體應為

 

；（填標號）
A．水　　　 B．飽和石灰水　　 C．飽和食鹽水　　 D．飽和NaHCO₃溶液
【實驗二】收集一試管甲烷和氯氣的混合氣體，光照反應后，滴加AgNO₃溶液，看到有白色沉淀生成，認為有氯化氫生成．
（4）該實驗設計的錯誤之處

 

；
（5）寫出碳原子數為9的甲烷的一種同系物的名稱，已知它的一氯代物有兩種：

 

．

Answer 1

分析：（1）甲烷中氫原子被氯原子取代生成氯代甲烷，該反應為取代反應；
（2）甲烷與氯氣在光照條件下能夠發生取代反應，第一步反應為甲烷中1個H被氯原子取代生成一氯甲烷，據此寫出反應的化學方程式；
（3）水槽中的液體必須滿足：氯氣在該溶液中溶解度很小，以便證明氯氣與甲烷發生了反應；
（4）氯水中含有氯離子，加入硝酸銀溶液同樣產生氯化銀沉淀，干擾了氯離子的檢驗；
（5）該烷烴的一氯代物有兩種，說明其分子中含有的氫原子有兩種，據此寫出滿足條件的壬烷的同分異構體．

解答：解：（1）甲烷與氯氣的反應屬于取代反應，
故答案為：取代反應；
（2）甲烷中一個氫原子被氯氣取代的反應方程式為：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl，
故答案為：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl；
（3）Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，氯氣在飽和氯化鈉溶液中的溶解度較小，所以防止氯氣和水反應，水槽中盛放的液體最好為飽和食鹽水；由于氯氣在水中溶解度較大、氯水能夠與飽和石灰水、飽和碳酸氫鈉溶液反應，干擾的實驗結果，而不能使用水，更不能使用飽和石灰水、飽和碳酸氫鈉溶液，
故答案為：C；
（4）氯水中存在化學平衡：Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO；次氯酸是弱電解質，溶液中存在三種分子：Cl₂、HClO、H₂O；四種離子：H⁺、Cl^-、ClO^-、OH^-（少量），所以當氯水中加入AgNO₃溶液時會發生反應：Ag⁺+Cl^-=AgCl↓，同樣會產生白色沉淀，干擾了氯離子的檢驗，
故答案為：氯水中加入AgNO₃溶液也會產生白色沉淀；
（5）碳原子數為9的烷烴為壬烷，庚烷中一氯代物有兩種，說明該壬的同分異構體中，含有的氫原子種類只有兩種，聯系乙基的一氯代物只有一種，用四個乙基將甲烷中四個氫原子取代就可以得到壬烷，且其一氯代物只有兩種，該壬烷的結構簡式為：CH₃CH₂C（CH₂CH₃）₂CH₂CH₃，該有機物的名稱為：3，3-二甲基戊烷，
故答案為：3，3-二乙基戊烷．

點評：本題考查了甲烷的取代反應、同分異構體的書寫、有機反應類型的判斷等知識，題目難度中等，注意掌握甲烷的化學性質及甲烷與氯氣發生取代反應的原理，明確物質檢驗方案設計必須滿足嚴密性．