Question

17．利用甲烷与氯气发生取代反应的副产品生产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，所设计的装置如图所示：

（1）A中制取C1₂反应的化学方程式是MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（2）C中发生反应的化学方程式是CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl．（写出一个即可）
（3）D装置中的石棉上吸附着潮湿的KI粉末，其作用是除去过量的氯气．
（4）E装置的作用是C（填序号）．
a．收集气体      b．吸收氯气      c．吸收氯化氢
（5）E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是分液（填操作名称）．
（6）将l mol CH₄与C1₂发生取代，测得4种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气的物质的量是2.5mol．

Answer 1

分析 甲烷与氯气在光照的条件下发生取代反应生成多种氯代甲烷和氯化氢．A装置是浓盐酸和二氧化锰制取氯气的发生装置，通过B装置，除去氯气中的水蒸气，控制两种气体的流速，使氯气和甲烷混合均匀，C装置是甲烷和氯气发生取代反应的装置，D装置盛有湿润的KI粉末可以用来除去过量的氯气，尾气中含有有毒气体CH₃Cl和过量的甲烷，容易污染空气，需要进行尾气处理．
（1）MnO₂能将HCl（浓）氧化为MnCl₂和Cl₂；
（2）甲烷可以和氯气放生取代反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、三氯甲烷和氯化氢；
（3）氯气具有强氧化性，能将碘离子氧化生成碘单质，所以D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是吸收过量的氯气；
（4）尾气中含有有毒气体CH₃Cl和过量的甲烷，容易污染空气，需要进行尾气处理；
（5）盐酸和有机物不能互溶，所以可以采用分液的方法分离；
（6）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；

解答 解：甲烷与氯气在光照的条件下发生取代反应生成多种氯代甲烷和氯化氢．A装置是浓盐酸和二氧化锰制取氯气的发生装置，通过B装置，除去氯气中的水蒸气，控制两种气体的流速，使氯气和甲烷混合均匀，C装置是甲烷和氯气发生取代反应的装置，D装置盛有湿润的KI粉末可以用来除去过量的氯气，尾气中含有有毒气体CH₃Cl和过量的甲烷，容易污染空气，需要进行尾气处理．
（1）MnO₂能将HCl（浓）氧化为MnCl₂和Cl₂，A中制取Cl₂反应的化学方程式MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（2）甲烷与氯气反应生成一氯甲烷的方程式为：CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，
故答案为：CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；
（3）湿润的KI粉末可以用来除去过量的氯气，发生反应：2KI+Cl₂=2KCl+I₂，
故答案为：除去过量的氯气；
（4）由于上述过程中产生的氯气和HCl均易导致大气污染，所以E的作用是吸收尾气，HCl极易溶于水易发生倒吸，所以E还可以防止倒吸，
故答案为：C；
（5）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，
故答案为：分液；
（6）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；

点评 本题考查氯气的制备以及甲烷与氯气的取代反应，题目难度中等，本题注意实验的原理，以及甲烷的取代反应中被取代的氢原子和氯气之间的关系．