Question

5．利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應制取副產品鹽酸的設想在工業(yè)上已成為現(xiàn)實．某化學興趣小組通過在實驗室中模擬上述過程，其設計的模擬裝置如下

根據(jù)要求填空：
（1）B裝置有三種功能：①控制氣流速度；②均勻混合氣體；③干燥混合氣體
（2）設V（Cl₂）/V（CH₄）=x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x值應大于或等于4
（3）D裝置的石棉中均勻混有KI粉末，其作用是吸收過量的氯氣．
（4）E裝置的作用是CD（填編號）
A、吸收甲烷　　 B、吸收氯氣　　　 C、防止倒吸　　　 D、吸收氯化氫
（5）在C裝置中，經過一段時間的強光照射，發(fā)現(xiàn)硬質玻璃管內壁有黑色小顆粒產生，寫出置換出黑色小顆粒的化學方程式CH₄+2Cl₂$\stackrel{光照}{→}$C+4HCl．
（6）E裝置除了生成鹽酸外，還含有有機物，從E中分離出鹽酸的最佳方法為分液．該裝置還有缺陷，你認為是沒有進行尾氣處理，有機氣體如CH₄、CH₃Cl會逸散到空氣中．

Answer 1

分析 （1）濃硫酸還可以干燥氯氣和氯化氫；
（2）甲烷可以和氯氣發(fā)生取代反應，產物為氯化氫和二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；
（3）氯氣具有強氧化性，能將碘化鉀氧化為碘單質；
（4）裝置中最后剩余的氯化氫氣體需要吸收不能排放到空氣中，氯化氫易溶于水需要防止倒吸；
（5）甲烷可以和氯氣發(fā)生取代反應生成一氯甲烷和氯化氫；
（6）最后生成的HCl溶于水生成鹽酸，與有機物可用分液的方法分離；反應后的有機氣體如CH₄、CH₃Cl會逸散到空氣中，污染空氣．

解答 解：（1）在加熱條件下，二氧化錳和濃鹽酸反應生成氯氣，同時生成的氯氣中還含有水分，濃硫酸具有吸水性、脫水性和強氧化性，所以B裝置除了控制氣流速度、均勻混合氣體外，還有干燥作用，
故答案為：干燥混合氣體；
（2）氯氣與甲烷發(fā)生取代反應，反應特點是1mol氯氣可取代1molH原子生成1molHCl，設V（Cl₂）/V（CH₄）=x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則應保證甲烷被完全取代，x應大于或等于4，
故答案為：大于或等于4；
（3）氯氣具有強氧化性，能將碘離子氧化生成碘單質，所以D裝置的石棉中均勻混有KI粉末，其作用是吸收過量的氯氣，
故答案為：吸收過量的氯氣；
（4）裝置中最后剩余的氯化氫氣體需要吸收不能排放到空氣中，氯化氫易溶于水需要防止倒吸，
故答案為：CD；
（5）生成的黑色小顆粒為炭黑，在強光照射下可發(fā)生反應：CH₄+2Cl₂$\stackrel{光照}{→}$C+4HCl，
故答案為：CH₄+2Cl₂$\stackrel{光照}{→}$C+4HCl；
（6）鹽酸和有機物不能互溶，所以可以采用分液的方法分離，所以A正確；
由于有機氣體如CH₄、CH₃Cl會逸散到空氣中污染大氣，應該堿性尾氣處理，該裝置的缺點是缺少尾氣處理裝置，
故答案為：分液；沒有進行尾氣處理，有機氣體如CH₄、CH₃Cl會逸散到空氣中．

點評 本題考查了氯氣的制取及氯代烴的制備方法，題目難度中等，明確實驗原理是解本題關鍵，會從整體上分析各個裝置發(fā)生的反應、各個裝置作用，知道甲烷和氯氣反應中氫原子和氯氣分子之間的關系式，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學實驗能力．