Question

11．（1）“西气东输”中的“气”指天然气，其主要成分的结构式是．一定量的该气体燃烧过程的能量变化如图1所示，从图中可以读出E₁＞E₂（填“＞”或“＜”），该反应放出 （填“放出”或“吸收”）能量．

（2）CH₄和Cl₂发生的一系列反应都是取代（填反应类型）反应，请写出CH₄和Cl₂反应生成一氯甲烷的化学方程式：CH₄+Cl₂$\stackrel{光}{→}$CH₃Cl+HCl．
（3）若要使1mol CH₄完全和Cl₂发生取代反应，并生成相同物质的量的四种取代产物，则需要Cl₂的物质的量为2.5mol．
（4）将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间．经过几个小时的反应后，图2中U型管右端的玻璃管中水柱的变化是下降．

Answer 1

分析 （1）根据原子的最外层电子数来分析原子的成键情况，然后写出结构式；
根据图可知反应物的总能量大于生成物的总能量；
根据反应物所具有的总能量高于生成的总能量，在反应中会有一部分能量转变为热能的形式释放，为放热反应；
（2）甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应；
（3）根据四种取代物的物质的量相等结合碳原子守恒计算取代物的物质的量，再根据被取代的氢原子和氯气分子之间的关系式计算消耗氯气的物质的量；
（4）根据大气压强原理来判断U型管右端的玻璃管中水柱变化．

解答 解：（1）天然气的其主要成分为甲烷，化学式CH₄，CH₄中C原子最外层有4个电子，应成4对共用电子对，H原子最外层有H个电子，应成1对共用电子对，故CH₄分子中C原子与H原子之间形成4对共用电子对，结构式为，由图可知反应物的总能量大于生成物的总能量，由反应物所具有的总能量高于生成的总能量，在反应中会有一部分能量转变为热能的形式释放，为放热反应，
故答案为：；＞；放出；
（2）甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应，反应的化学方程式：CH₄+Cl₂$\stackrel{光}{→}$CH₃Cl+HCl，故答案为：取代；CH₄+Cl₂$\stackrel{光}{→}$CH₃Cl+HCl；
（3）1mol甲烷完全与氯气发生取代反应，若生成相同物质的量的四种取代物，所以每种取代物的物质的量是0.25mol，甲烷和氯气的取代反应中，被取代的氢原子的物质的量与氯气的物质的量相等，
所以生成0.25mol一氯甲烷需要氯气0.25mol氯气，
生成0.25mol二氯甲烷需要氯气0.5mol，
生成0.25mol三氯甲烷需要氯气0.75mol氯气，
生成0.25mol四氯化碳需要氯气1mol，
所以总共消耗氯气的物质的量=0.25mol+0.5mol+0.75mol+1mol=2.5mol，
故答案为：2.5mol；
（4）经过几个小时的反应后，消耗氯气，反应中气体的物质的量减少，所以压强减小，且生成的HCl能够溶解于水，U型管右端的玻璃管中水柱降低，故答案为：下降．

点评 本题主要考查了甲烷的分子式、结构式、化学反应中能量变化以及甲烷的取代反应，难度不大，注意甲烷和氯气发生取代生成一系列取代产物，分析现象时抓住生成物的性质特征．