Question

4．利用甲烷与氯气发生反应制取盐酸的设想，在工业上已成为现实．某化学兴趣小组拟在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：

根据要求填空：
（1）装置A中反应的离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）B装置有三种功能：
①控制气流速度；②使气体混合均匀；③干燥气体．
（3）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CH₄+2Cl₂$\stackrel{hv}{→}$C+4HCl．
（4）D装置中的石棉上均匀附着湿润的KI粉末，其作用是吸收未反应的氯气，E装置的作用是吸收HCl，防止倒吸．
（5）装置中除了有盐酸生成外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为分液；
该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，写出尾气中的主要成分是AB．
（填编号）
A．CH₄         B．CH₃Cl       C．CH₂Cl₂      D．CHCl₃       E．CCl₄
（6）实验之余，该学习小组进一步探究甲烷与氯气反应的条件．

通过排饱和食盐水的方法收集两瓶甲烷与氯气（体积比为1：4）混合气体（Ⅰ、Ⅱ），Ⅱ瓶用预先准备好的黑色纸套套上，I瓶放在光亮处（不要放在日光直射的地方，以免引起爆炸）．按上图安装好装置，并夹紧弹簧夹a和b．过一段时间，打开弹簧夹a、b，Ⅰ、Ⅱ中观察到现象是在I瓶中：颜色逐渐变浅，且有油状液体产生，出现白雾，并可以看见水倒吸入I瓶中．

Answer 1

分析 A装置是用浓盐酸和二氧化锰加热制取氯气，B装置中氯气和甲烷充分混合，C装置在光照条件下氯气和甲烷发生取代反应生成氯代烃和HCl，D装置中的石棉上均匀附着湿润的KI粉末，氯气具有强氧化性，能氧化碘离子生成碘单质，HCl极易溶于水，可以用水吸收生成的HCl；
（1）在加热条件下，二氧化锰和浓盐酸反应生成氯化锰、氯气和水；
（2）B装置中含有浓硫酸，浓硫酸具有吸水性；该装置中氯气和甲烷充分混合；
（3）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，说明有C生成，根据反应物、生成物及反应条件书写方程式；
（4）氯气具有强氧化性，能氧化还原性物质，E装置中水能吸收可溶性物质，且导致的干燥管能防止倒吸；
（5）互不相溶的液体可以采用分液方法分离提纯；
甲烷和一氯甲烷都是气体且不溶于水；
（6）氯气和甲烷发生取代反应生成氯代烃和HCl，HCl极易溶于水，氯气为黄绿色气体，氯代烃和甲烷都是无色物质，二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳都是油状液体，HCl遇水蒸气生成盐酸小液滴．

解答 解：A装置是用浓盐酸和二氧化锰加热制取氯气，B装置中氯气和甲烷充分混合，C装置在光照条件下氯气和甲烷发生取代反应生成氯代烃和HCl，D装置中的石棉上均匀附着湿润的KI粉末，氯气具有强氧化性，能氧化碘离子生成碘单质，HCl极易溶于水，可以用水吸收生成的HCl；
（1）在加热条件下，二氧化锰和浓盐酸反应生成氯化锰、氯气和水，离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）B装置中含有浓硫酸，浓硫酸具有吸水性；该装置中氯气和甲烷充分混合，所以该装置的作用还有使气体混合均匀、干燥气体，
故答案为：使气体混合均匀；干燥气体；
（3）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，说明有C生成，根据反应物、生成物及反应条件书写方程式为CH₄+2Cl₂$\stackrel{hv}{→}$ C+4HCl，故答案为：CH₄+2Cl₂$\stackrel{hv}{→}$ C+4HCl；
（4）氯气具有强氧化性，能氧化还原性物质KI，所以氯气的作用是吸收未反应的氯气，E装置中水能吸收可溶性物质，且导致的干燥管能防止倒吸，所以E装置作用是 吸收HCl，防止倒吸，
故答案为：吸收未反应的氯气； 吸收HCl，防止倒吸；
（5）互不相溶的液体可以采用分液方法分离提纯，二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳都不溶于水，但HCl极易溶于水，可以采用分液方法分离提纯；
甲烷和一氯甲烷都是气体且不溶于水，所以还要处理尾气中的甲烷和一氯甲烷，
故答案为：分液；AB；
（6）氯气和甲烷发生取代反应生成氯代烃和HCl，HCl极易溶于水，氯气为黄绿色气体，氯代烃和甲烷都是无色物质，二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳都是油状液体，HCl遇水蒸气生成盐酸小液滴，所以看到I中的现象是颜色逐渐变浅，且有油状液体产生，出现白雾，并可以看见水倒吸入I瓶中，
故答案为：在I瓶中：颜色逐渐变浅，且有油状液体产生，出现白雾，并可以看见水倒吸入I瓶中．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，明确物质性质、化学反应原理水解本题关键，侧重考查学生实验操作、物质分离提纯、物质性质，难点是判断B装置的作用，“气体在该装置中混合均匀“很多学生回答不出来．