Question

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．某化学兴趣小组通过在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如图所示：

根据要求填空：
（1）写出A装置所发生的化学方程式

 

（2）B装置有三种功能：①控制气流速度；②均匀混合气体；③

 

．
（3）设V（Cl₂）/V（CH₄）=x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应

 

．
（4）E装置的作用是

 

（填编号）．
A．收集气体  B．吸收氯气     C．防止倒吸  D．吸收氯化氢
（5）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：

 

．
（6）E装置除生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为

 

．该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为

 

（填编号）．
a．Cl₂　　b．CH₃Cl　　c．CH₂Cl₂　　d．CHCl₃　　e．CCl₄．

Answer 1

考点：甲烷的取代反应

专题：实验题

分析：（1）MnO₂能将HCl（浓）氧化为MnCl₂和Cl₂；
（2）浓硫酸可以干燥氯气和氯化氢；
（3）甲烷可以和氯气发生取代反应，产物为氯化氢和二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；
（4）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；
（5）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；
（6）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：（1）MnO₂能将HCl（浓）氧化为MnCl₂和Cl₂，A装置所发生的化学方程式：MnO₂+4HCl（浓）

△   .

MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4HCl（浓）

△   .

MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（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：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x值应保证甲烷中H被完全取代，x≥4，故答案为：≥4；
（4）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，E装置在吸收氯化氢时可防止倒吸，
故答案为：CD；
（5）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

光照

C+4HCl，故答案为：CH₄+2Cl₂

光照

C+4HCl；
（6）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．