题目内容

16．如图所示，将1molCH4与1molCl2混合后充入集气瓶内，置于光亮处，让混合气体缓慢地反应一段时间．
（1）在光照条件下，充分反应后得到的产物是一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢．
（2）写出甲烷发生一氯取代反应的化学方程式：CH4+Cl2$\stackrel{光照}{→}$CH3Cl+HCl．
（3）光照后将滴管内的水挤入集气瓶中，能看到的现象是烧杯中的水流进集气瓶．请解释产生有关现象的原因：氯气与甲烷发生取代反应生成产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体，其他为液体，氯化氢溶于水，使集气瓶中气压减小，在外界大气压作用下，烧杯中倒吸入集气瓶中．
（4）若要使1mol甲烷完全与氯气发生取代反应，并生成物质的量相同的四种取代物，则需要氯气的物质的量为2.5mol．

分析 （1）甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢；
（2）甲烷与氯气在光照条件下反应生成一氯甲烷和氯化氢；
（3）氯气与甲烷发生取代反应生成产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体，其他为液体，结合氯化氢易溶于水的性质解答；
（4）根据四种取代物的物质的量相等结合碳原子守恒计算取代物的物质的量，再根据被取代的氢原子和氯气分子之间的关系式计算消耗氯气的物质的量．

解答 解：（1）甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢；
故答案为：一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢；
（2）甲烷和氯气发生取代反应第一步反应生成一氯甲烷和氯化氢，方程式为CH4+Cl2$\stackrel{光照}{→}$CH3Cl+HCl，故答案为：CH4+Cl2$\stackrel{光照}{→}$CH3Cl+HCl；
（3）氯气与甲烷发生取代反应生成产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体，其他为液体，结合氯化氢易溶于水，光照后将滴管内的水挤入集气瓶中，氯化氢溶于水，使集气瓶中气压减小，在外界大气压作用下，烧杯中倒吸入集气瓶中；
故答案为：烧杯中的水流进集气瓶；氯气与甲烷发生取代反应生成产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体，其他为液体，氯化氢溶于水，使集气瓶中气压减小，在外界大气压作用下，烧杯中倒吸入集气瓶中；
（4）1mol甲烷完全与氯气发生取代反应，若生成相同物质的量的四种取代物，所以每种取代物的物质的量是0.25mol，甲烷和氯气的取代反应中，被取代的氢原子的物质的量与氯气的物质的量相等，
所以生成0.25mol一氯甲烷需要氯气0.25mol氯气，
生成0.25mol二氯甲烷需要氯气0.5mol，
生成0.25mol三氯甲烷需要氯气0.75mol氯气，
生成0.25mol四氯化碳需要氯气1mol，
所以总共消耗氯气的物质的量=0.25mol+0.5mol+0.75mol+1mol=2.5mol，
故答案为：2.5．

点评 本题考查了甲烷的性质，明确甲烷的结构、性质及甲烷的取代反应中被取代的氢原子和氯气之间的关系是解本题的关键，题目难度不大．

练习册系列答案
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回答下列问题：
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（2）在E操作中，只缺少量晶体时，其操作方法是左手拿药匙，用右手轻拍左手手腕，小心振动药匙加入药品，使天平平衡．
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干法工艺的缺点是：双氧水浓度高经济效益低，设备复杂；技术条件苛刻；产品稳定性差；产品污染不纯等 （答出两点即可），
湿法工艺的优点是：低浓度双氧水，经济效益高；设备简单易于达到；能耗低；产品稳定性好；母液可循环使用等 （答出两点即可）．
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