Question

3．利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实．某化学兴趣小组拟在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如图：

根据要求填空：
（1）装置A中反应的化学方程式为MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，当产生336mL气体（标准状况）时，有0.030mol还原剂被氧化．
（2）B装置有三种功能：①控制气流速度；②使气体混合均匀；③干燥气体．
（3）设V（Cl₂）/V（CH₄）=x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x的取值范围是≥4．
（4）D装置中的石棉上均匀附着湿润的KI粉末，其作用是吸收过量的氯气．
（5）E装置的作用是CD（填编号）．
A．收集气体     B．吸收氯气       C．防止倒吸      D．吸收氯化氢
（6）在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式CH₄+2Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$C+4HCl．
（7）装置中除了有盐酸生成外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为分液．该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气的主要成分是AB（填编号）．
A．CH₄     B．CH₃Cl      C．CH₂Cl₂    D．CHCl₃     E．CCl₄．

Answer 1

分析 实验室用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下发生反应生成Cl₂，Cl₂经干燥后和甲烷在光照条件下发生取代反应，生成多种氯代烃和HCl，在强光照射下可发生CH₄+2Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$C+4HCl，生成的黑色小颗粒为炭黑，最后生成的HCl溶于水生成盐酸．
（1）MnO₂能将HCl（浓）氧化为MnCl₂和Cl₂；被还原氯化氢是氯气的2倍；
（2）浓硫酸可以干燥氯气和氯化氢；
（3）1mol氯气可取代1molH原子生成1molHCl，欲获得最多的氯化氢，则甲烷中的H原子被完全取代；
（4）氯气能将碘化钾氧化为碘单质；
（5）装置中最后剩余的氯化氢气体需要吸收不能排放到空气中，氯化氢易溶于水需要放倒吸；
（6）在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒为炭黑，说明有碳生成；
（7）甲烷可以和氯气发生取代反应，产物为氯化氢和一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；最后生成的HCl溶于水生成盐酸，与有机物可用分液的方法分离；一氯甲烷是气体，还可能有过量的甲烷．

解答 解：实验室用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下发生反应生成Cl₂，Cl₂经干燥后和甲烷在光照条件下发生取代反应，生成多种氯代烃和HCl，在强光照射下可发生CH₄+2Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$C+4HCl，生成的黑色小颗粒为炭黑，最后生成的HCl溶于水生成盐酸，
（1）MnO₂能将HCl（浓）氧化为MnCl₂和Cl₂，反应方程式为：MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，生成氯气的物质的量为：$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，被还原的氯化氢为：0.015mol×2=0.03mol；
故答案为：MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；0.030；
（2）生成的氯气中含有水，B装置除具有控制气流速度、均匀混合气体之外，因浓硫酸具有吸水性，还具有干燥作用，
故答案为：使气体混合均匀；干燥混合气体；
（3）氯气与甲烷发生取代反应，反应特点是1mol氯气可取代1molH原子生成1molHCl，设V（Cl₂）/V（CH₄）=x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则应保证甲烷被完全取代，x应大于或等于4，故答案为：x≥4；
（4）氯气具有氧化性，KI中-1价的碘能被氯气氧化，产物为氯化钾固体和碘单质，所以，D装置的石棉中均匀混有KI粉末，能吸收过量的氯气，
故答案为：吸收过量的氯气；
（5）装置中最后剩余的氯化氢气体需要吸收不能排放到空气中，氯化氢易溶于水需要防止倒吸，故答案为：CD；
（6）CH₄与Cl₂在强光照射下生成的黑色小颗粒为炭黑，所以在强光照射下可发生CH₄+2Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$C+4HCl，
故答案为：CH₄+2Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$C+4HCl；
（7）甲烷可以和氯气发生取代反应，产物为氯化氢和一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；其中一氯甲烷为气态，反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体，E装置中除了有盐酸生成外，还含有二氯甲烷、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，能分层，可用分液分开；一氯甲烷是气体，还可能有过量的甲烷，所以尾气的主要成分是可能存在剩余的甲烷和生成的一氯甲烷等气体，应进行尾气处理，
故答案为：分液；AB．

点评 本题考查氯气的制备以及甲烷与氯气的取代反应，掌握反应的原理、准确把握产物的判断是答题的关键，题目难度中等．