题目内容

2．利用甲烷和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．某化学兴趣小组通过在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如图所示，根据要求填空：
（1）B装置有三种功能：①控制气流速度；②干燥混合气体；③均匀混合气体．
（2）设$\frac{V（C{l}_{2}）}{V（C{H}_{4}）}$=x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应大于或等于4．
（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$\stackrel{光照}{→}$C+4HCl．
（4）E装置除生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为分液．该装置的主要缺陷是没有进行尾气处理．
（5）已知丁烷与氯气的取代反应的产物之一为C4H8Cl2，其有9种同分异构体．

分析 装置A：用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下发生反应生成Cl2，装置B：控制气流速度，干燥Cl2，均匀混合CH4、Cl2气体，装置C：Cl2经干燥后和甲烷在光照条件下发生取代反应，生成多种氯代烃和HCl，在强光照射下可发生CH4+2Cl2$\stackrel{光照}{→}$C+4HCl，生成的黑色小颗粒为炭黑，装置D：能吸收过量的氯气，装置E：最后生成的HCl溶于水生成盐酸，氯化氢易溶于水需要防止倒吸，从E中分离出盐酸，可用分液的方法分离．
（1）混合气体通过液体，可达到均匀混合气体的作用；
（2）甲烷可以和氯气发生取代反应，产物为氯化氢和二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；
（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为碳，此外还生成氯化氢；
（4）最后生成的HCl溶于水生成盐酸，与有机物可用分液的方法分离；反应后的有机气体如CH4、CH3Cl会逸散到空气中，污染空气；
（5）先根据烃中氢原子的种类等于一氯代物的种类，二氯代物的同分异构体可以采用“定一移二”法解题．

解答 解：（1）生成的氯气中含有水，浓硫酸具有吸水性，具有干燥作用，另外还有控制气流速度，和均匀混合气体的作用，
故答案为：均匀混合气体；
（2）氯气与甲烷发生取代反应，反应特点是1mol氯气可取代1molH原子生成1molHCl，设$\frac{V（C{I}_{2}）}{V（C{H}_{4}）}$=x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应保证甲烷被完全取代，x应大于或等于4，
故答案为：大于或等于4；
（3）生成的黑色小颗粒为炭黑，在强光照射下可发生反应：CH4+2Cl2$\stackrel{光照}{→}$C+4HCl，
故答案为：CH4+2Cl2$\stackrel{光照}{→}$C+4HCl；
（4）盐酸和有机物不能互溶，所以可以采用分液的方法分离，由于有机气体如CH4、CH3Cl会逸散到空气中污染大气，应该碱性尾气处理，该装置的缺点是缺少尾气处理装置，
故答案为：分液；没有进行尾气处理；
 （5）C4H8Cl2的同分异构体可以采取“定一移二”法，由图可知C4H8Cl2共有9种同分异构体，
故答案为：9．

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，本题注意把握题给信息，易错点为（3），注意把握产物的判断，（5）C4H8Cl2的同分异构体注意二氯代物的同分异构体可以采用“定一议二”法解题．

练习册系列答案
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