Question

16．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．某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如图：

试回答下列问题：
（1）请写出C装置中生成CH₃Cl的化学反应方程式：CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl．有人认为E中有氯化氢产生，不能证明甲烷与氯气发生了取代反应，你认为他的看法正确（填“正确”或“不正确”）．
（2）B装置有三种功能；①控制气流速度；②混匀混合气体；③干燥氯气和氯化氢．
（3）一段时间后发现D装置中的棉花由白色变为蓝色，则棉花上可能预先滴有淀粉KI溶液．
（4）E装置中除盐酸外，还含有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为分液（填字母）．
A．分液法　　　　B．蒸馏法     C．结晶法
（5）将1molCH₄与Cl₂发生取代反应，充分反应后生成的CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄四种有机产物的物质的量依次增大0.1mol，则参加反应的Cl₂的物质的量为3mol，生成HCl的物质的量共为1.5mol．

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，与有机物可用分液的方法分离，
（1）甲烷可以和氯气发生取代反应，产物为氯化氢和一氯甲烷，根据 上面的分析可知，在强光照射下，氯气与甲烷发生置换反应，也有氯化氢生成，所以E中有氯化氢产生，不能证明甲烷与氯气发生了取代反应；
（2）浓硫酸可以干燥氯气和氯化氢；
（3）氯气能将碘化钾氧化为碘单质，碘单质遇到淀粉会变蓝色；
（4）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；
（5）CH₄与Cl₂发生取代反应时，一半的Cl进入HCl，一般的氯在有机物中，根据充分反应后生成CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄四种有机产物的物质的量依次增大0.1mol，计算出各自的物质的量，进而计算所需氯气的物质的量．

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，与有机物可用分液的方法分离，
（1）甲烷可以和氯气发生取代反应，产物为氯化氢和一氯甲烷，反应方程式为CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，根据 上面的分析可知，在强光照射下，氯气与甲烷发生置换反应，也有氯化氢生成，所以E中有氯化氢产生，不能证明甲烷与氯气发生了取代反应，
故答案为：CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；正确；
（2）浓硫酸可以干燥氯气和氯化氢，
故答案为：干燥氯气和氯化氢；
（3）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，所以棉花上均匀滴有足量淀粉KI溶液，能吸收过量的氯气，生成碘单质与淀粉在一起会变蓝色，所以棉花上可能预先滴有淀粉KI溶液溶液，
故答案为：淀粉KI溶液；
（4）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，
故答案为：分液；
（5）根据充分反应后生成CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄四种有机产物的物质的量依次增大0.1mol，可以设其物质的量分别是0.1mol、0.2mol、0.3mol、0.4mol；
四种有机取代物的物质的量之比为n（CH₃Cl）：n（CH₂Cl₂）：n（CHCl₃）：n（CCl₄）=1：2：3：4，发生取代反应时，一半的Cl进入HCl，消耗氯气的物质的量为0.1mol+2×0.2mol+3×0.3mol+4×0.4mol=3mol，生成HCl的物质的量共为1.5mol，
故答案为：3mol；1.5mol．

点评 本题考查了甲烷的取代反应原理，题目难度中等，注意掌握甲烷的化学性质，明确取代反应原理，（5）为易错点，注意甲烷与氯气的取代反应特点．