Question

3．一氯甲烷（CH₃C1）是一种重要的化工原料，常温下它是无色有毒气体，微溶于水，易溶于乙醇、CCl₄等．（1）甲组同学在实验室用图1所示装置模拟催化法制备和收集一氯甲烷．

①无水ZnCl₂为催化剂，a瓶中发生反应的化学方程式为CH₃OH+HCl$→_{△}^{ZnCl_{2}}$CH₃Cl+H₂O．
②装置B的主要作用是除去氯化氢气体．
③收集到的CH₃Cl气体在氧气中充分燃烧，产物用过量的V₁mL、c₁mol•L^-1NaOH溶液充分吸收，以甲基橙作指示剂，用c₂ mol•L^-1盐酸标准液对吸收液进行返滴定（发生的反应为：
NaOH+HCl=NaCl+H₂O，Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+2CO₂↑+2H₂O），最终消耗V₂mL盐酸．则所收集CH₃Cl的物质的量为（c₁V₁-c₂V₂）×10^-3          _  mol．（已知：2CH₃Cl+3O₂$\stackrel{点燃}{→}$2CO₂+2H₂O+2HCl）
（2）乙组同学选用甲组A、B装置和图2所示的部分装置检验CH₃Cl中的氯元素．
（已知：一卤代烷一般要在加热条件下才能与氢氧化钠溶液反应）
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A→B→F→D→G．
②通入一段时间的CH₃Cl气体，打开装置D中分液漏斗的活塞，观察实验现象．分液漏斗中盛放的试剂是硝酸和硝酸银溶液．
③能证明CH₃Cl中含有氯元素的实验现象是F中无白色沉淀生成，D中有白色沉淀生成．
（3）查阅资料可知：AgNO₃的乙醇溶液可以检验CH₃X中的卤素原子．相关数据如表：

化学键	C-Cl	C-Br
键能（kJ•mol-1）	330	276

化合物	AgCl	AgBr
Ksp近似值	1.8×10-10	5×10-13

①CH₃X通入AgNO₃的乙醇溶液中，除有沉淀生成外，还生成硝酸甲酯，请写出硝酸甲酯的结构简式：CH₃ONO₂．
③将CH₃Cl和CH₃Br的混合气体通入AgNO₃的乙醇溶液中，先出现淡黄色沉淀．请依据表中数据解释原因C-Br键的键能小，更容易断裂，同时溴化银的溶度积常数更小，溴化银更容易形成沉淀．

Answer 1

分析 （1）①甲醇与浓盐酸在氯化铝作催化剂的条件下发生取代反应生成一氯甲烷和水；
②氯化氢易挥发，所以要用水除去一氯甲烷中的氯化氢；
③根据题意，一氯甲烷燃烧产生氯化氢，根据与之反应的氢氧化钠的物质的量可求得氯化氢的物质的量，进而确定一氯甲烷的物质的量；
（2）根据题意，检验CH₃Cl中的氯元素，可以将一氯甲烷通入到热的氢氧化钠溶液中，反应一段时间后再加入用硝酸酸化的硝酸银溶液，根据是否有白色沉淀生成可判断氯元素的存在；
（3）根据题意，CH₃X通入AgNO₃的乙醇溶液中，能生成硝酸甲酯和AgX，根据沉淀的溶解平衡可知，溶度积大的物质可以转化成溶度积小的，据此答题．

解答 解：（1）①甲醇与浓盐酸在氯化铝作催化剂的条件下发生取代反应生成一氯甲烷和水，反应的化学方程式为CH₃OH+HCl$→_{△}^{ZnCl_{2}}$CH₃Cl+H₂O，
故答案为：CH₃OH+HCl$→_{△}^{ZnCl_{2}}$CH₃Cl+H₂O；
②氯化氢易挥发，所以要用水除去一氯甲烷中的氯化氢，所以装置B的主要作用是除去氯化氢气体，
故答案为：除去氯化氢气体；
③根据题意，与氯化氢反应的氢氧化钠的物质的量为c₁V₁×10^-3mol-c₂V₂×10^-3mol，所以一氯甲烷燃烧产生氯化氢的物质的量为c₁V₁×10^-3mol-c₂V₂×10^-3mol，则一氯甲烷的物质的量为（c₁V₁-c₂V₂）×10^-3mol，
故答案为：（c₁V₁-c₂V₂）×10^-3；
（2）根据题意，检验CH₃Cl中的氯元素，可以将一氯甲烷通入到热的氢氧化钠溶液中，反应一段时间后再加入用硝酸酸化的硝酸银溶液，根据是否有白色沉淀生成可判断氯元素的存在，
①根据上面的分析可知，装置依次连接的合理顺序为A、B、F、D、G，
故答案为：F、D、G；
②根据上面的分析可知，分液漏斗中盛放的试剂是硝酸、硝酸银，
故答案为：硝酸、硝酸银；
③能证明CH₃Cl中含有氯元素的实验现象是F中无白色沉淀生成，D中有白色沉淀生成，
故答案为：F中无白色沉淀生成，D中有白色沉淀生成；
（3）根据题意，CH₃X通入AgNO₃的乙醇溶液中，能生成硝酸甲酯和AgX，根据沉淀的溶解平衡可知，溶度积大的物质可以转化成溶度积小的，
①硝酸甲酯的结构简式为：CH₃ONO₂，
故答案为：CH₃ONO₂；
②依据表中数据可知，C-Br键的键能小，更容易断裂，同时溴化银的溶度积常数更小，溴化银更容易形成沉淀，所以先出现淡黄色溴化银沉淀，
故答案为：C-Br键的键能小，更容易断裂，同时溴化银的溶度积常数更小，溴化银更容易形成沉淀；

点评 本题考查甲烷和氯气的取代反应、氯气的实验室制法，沉淀的溶解平衡，实验方案的设计等，理解实验的原理是解题关键，题目难度中等．