Question

4．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．
请填写下列空白：
【实验一】用如图所示装置，收集一试管甲烷和氯气的混合气体，照后观察到量筒内形成一段水柱，认为有氯化氢生成．
（1）该反应的反应类型为取代反应
（2）该反应的化学方程式为（只写第一步）CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl  ；
（3）水槽中盛放的液体应为C；（填标号）
A．水　　　 B．饱和石灰水　　 C．饱和食盐水　　 D．饱和NaHCO₃溶液
【实验二】收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照反应后，滴加AgNO₃溶液，看到有白色沉淀生 成，认为有氯化氢生成．
（4）你认为该实验设计得出的结论是否正确的不正确，若不正确，理由是：氯水中加入AgNO₃溶液也会产生白色沉淀
【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．
（5）判断该反应中有氯化氢生成的依据是步骤二测得的pH值比步骤一测得的pH值低．

Answer 1

分析 【实验一】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，水槽中的液体必须满足：氯气在该溶液中溶解度很小，以便证明氯气与甲烷发生了反应，据此解答；
【实验二】（4）根据氯水的成分进行解答；
【实验三】（5）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；

解答 解：【实验一】（1）甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应；
故答案为；取代反应；
（2）甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应生成一氯甲烷和氯化氢，方程式：CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；
故答案为：CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；
（3）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；由于氯气在水中溶解度较大、氯水能够与饱和石灰水、饱和碳酸氢钠溶液反应，干扰的实验结果，而不能使用水，更不能使用饱和石灰水、饱和碳酸氢钠溶液，
故答案为：C．
【实验二】（4）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，故此结论是不正确的．
故答案为：不正确；氯水中加入AgNO₃溶液也会产生白色沉淀；
【实验三】（4）步骤一：氯气溶于水后，Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO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：步骤二测得的pH值比步骤一测得的pH值低；

点评 本题考查了甲烷的取代反应实验探究，明确甲烷的化学性质及甲烷与氯气发生取代反应的原理，解题时注意物质检验方案设计必须满足严密性，题目难度不大．