Question

某研究小组为了探究甲烷和氯气反应的情况，设计了几个实验．请回答有关问题：
【实验一】用如图所示装置，排水法收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照后观察到量筒内形成一段水柱，认为有氯化氢生成．
（1）该反应的化学方程式为

 

（只写第一步）．
（2）水槽中盛放的液体最好是

 

（填编号）．
【实验二】用排水法收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照后，滴加AgNO₃溶液，看到有白色沉淀生成，认为有氯化氢生成．
（3）该实验结论不合理的原因是

 

．
【实验三】
步骤一：收集半试管氯气，加入10mL蒸馏水，充分振荡，采用DIS系统的pH传感器测溶液的pH（下同）．测得pH=3.26．
步骤二：收集一试管甲烷和氯气的混合气体（各占50%），在40W的日光灯下光照6min后，加入10mL蒸馏水，充分振荡，测得pH=1.00．
（4）有同学认为：根据步骤二测得pH比步骤一测得pH要低，可以判断该反应中有氯化氢生成．你认为他的理由是否合理

 

（选填“合理”或“不合理”）．
（5）假设氯气完全参与反应，且不考虑氯气溶解于水．往反应后的溶液中加水稀释到100.00mL，取20.00mL稀释液，加入10.00mL浓度为0.01mol?L^-1的AgNO₃溶液恰好完全反应，则试管中原有氯气在标准状况下的体积为

 

mL．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计,甲烷的取代反应

专题：

分析：（1）甲烷和氯气发生反应，甲烷分子中的氢原子被氯离子取代；
（2）氯气能和水反应生成盐酸和次氯酸，氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度较小，所以防止氯气和水反应，水槽中盛放的液体最好为饱和食盐水；
（3）根据氯水的成分进行解答；
（4）如果步骤二中没有生成HCl，那么pH也应该是3.26，现在pH变小，说明生成的HCl溶于水导致pH变小；
（5）根据甲烷和氯气反应的原理，每1mol氯气参加反应生成1mol氯化氢，据此分析解答．

解答： 解：（1）甲烷与氯气在光照下发生取代反应，甲烷分子中的氢原子被氯气分子中的氯原子取代，生成一氯甲烷和氯化氢，
故答案为：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl；
（2）Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度较小，所以防止氯气和水反应，水槽中盛放的液体最好为饱和食盐水，
故答案为：饱和食盐水；
（3）氯水中存在化学平衡：Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO；次氯酸是弱电解质，溶液中存在三种分子：Cl₂、HClO、H₂O；四种离子：H⁺、Cl^-、ClO^-、OH^-（少量），所以当氯水中加入AgNO₃溶液时会发生Ag⁺+Cl^-=AgCl↓产生白色沉淀，
故答案为：氯水中加入AgNO₃溶液也会产生白色沉淀；
（4）步骤一：氯气溶于水后，Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO也生成盐酸，其pH为3.26，步骤二：pH=1.00，比3.26小，说明除了氯气溶于水生成盐酸外还有别的反应产生HCl，
故答案为：不合理；
（5）取20.00mL稀释液，加入10.00mL浓度为0.01mol?L^-1的AgNO₃溶液恰好完全反应，参加反应的银离子的物质的量为1×10^-4mol，根据方程式 Ag⁺+Cl^-=AgCl↓则100.00mL溶液中含氯离子5×10^-4mol，根据甲烷和氯气反应的原理，每1mol氯气参加反应生成1mol氯化氢，则试管中原有氯气为5×10^-4mol，在标准状况下的体积为5×10^-4mol×22.4L/mol═1.12×10^-2L=11.2mL，故答案为：11.2．

点评：本题主要考查了甲烷的取代反应、氯气和水反应，掌握甲烷的化学性质是解答本题的关键，题目难度中等．