Question

利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品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（图1）

（1）装置B的作用：①控制气流速度；②均匀混合气体；③

 

（2）写出Cl₂与CH₄在光照条下反应方程式（任写一个）：

 

（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

 

．
（4）取装置D中试管内液体2mL，加到含有2mL溴水的试管中，然后充分振荡该试管，并静置．下列图2示中，可表示试管内液体的正确现象是

 

（填写编号，图中灰色表示有色液体）．
（5）实验前，E烧杯中有100mL水，实验结束时，E烧杯中溶液的质量分数为0.073．则参加取代反应氯气的体积（标况）为

 

．（假设取代反应生成的氯化氢气体全部被E烧杯中的水吸收；忽略其他反应产生的氯化氢气体）
（6）该装置存在缺陷，因为没有进行尾气处理，其尾气的主要成分可能是

 

．（填写化学式）

Answer 1

考点：氯气的实验室制法

专题：卤族元素

分析：（1）浓硫酸可以吸收氯气和氯化氢中的水蒸气；
（2）Cl₂与CH₄在光照条下发生取代反应，生成氯代烷和氯化氢；
（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为炭黑，说明有碳生成；
（4）氯代烷不溶于水，密度小于溴水的密度；
（5）依据甲烷可氯气反应的方程式可知消耗1mol氯气生成1mol氯化氢，据此解答；
（6）依据Cl₂与CH₄在光照条下发生取代反应，结合有机反应的特点：不能完全进行到底解答．

解答： 解：（1）装置B的作用：①控制气流速度；②均匀混合气体；③干燥氯气和甲烷，故答案为：干燥氯气和甲烷；
（2）Cl₂与CH₄在光照条下发生取代反应，化学方程式为：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl，故答案为：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl；
（3）CH₄与Cl₂在强光照射下生成的黑色小颗粒为炭黑，所以在强光照射下可发生CH₄+2Cl₂

光照

C+4HCl，
故答案为：CH₄+2Cl₂

光照

C+4HCl；
（4）氯代烷不溶于水，密度小于溴水的密度，所以混合后溶于分层，溴水层在下层，故答案为：①；
（5）氯化氢溶于水得到溶于密度接近于水，所以氯化氢的质量为：100×0.073=7.3（g），则n（HCl）=

0.73g

36.5g/mol

=0.2mol，依据甲烷可氯气反应的方程式可知消耗1mol氯气生成1mol氯化氢，所以参加取代反应氯气的物质的量为0.2mol，标况下体积为：0.2mol×22.4L/mol=4.48L，
故答案为：4.48L；
（6）Cl₂与CH₄在光照条下发生取代反应，生成氯代烷和氯化氢，氯化氢易溶于水，所以尾气的主要成分可能是甲烷、氯气、一氯甲烷，
故答案为：CH₄、Cl₂、CH₃Cl．

点评：本题考查了氯气制备的原理和氯气性质的检验，侧重考查学生对所学知识的灵活运用，题目难度中等，书写氯气制备的原理和性质是解题关键．