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。某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：

试回答下列问题：

（1）请写出C装置中生成CH₃Cl的化学方程式：___________________________________。有人认为E中有氯化氢产生，不能证明甲烷与氯气发生了取代反应，你认为他的看法________(填“正确”或“不正确”)。

（2）B装置有三种功能：①控制气流速率；②混匀混合气体；③________________。

（3）一段时间后发现D装置中的棉花由白色变为蓝色，则棉花上可能预先滴有________溶液。

（4）E装置中除盐酸外，还含有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为________(填字母)。

a．分液法 b．蒸馏法 c．结晶法

（5）将1 mol CH₄与Cl₂发生取代反应，充分反应后生成的CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄四种有机产物的物质的量依次增大0.1 mol，则参加反应的Cl₂的物质的量为________，生成HCl的总物质的量为________。

Answer

CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl 正确 干燥气体 淀粉-KI a 3 mol 3 mol

【解析】

在加热条件下，浓盐酸和二氧化锰反应生成氯气，浓硫酸具有吸水性，可以作干燥剂，C中甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应生成氯代甲烷和HCl，尾气中含有氯化氢，氯化氢极易溶于水，所以E装置是吸收氯化氢制得盐酸，球形干燥管能防倒吸；

(1)C 装置中生成 CH3Cl的反应是甲烷和氯气光照发生取代反应生成，E 中有氯化氢产生，不能证明甲烷与氯气发生了取代反应，可能是浓盐酸挥发出的氯化氢气体、或未反应的氯气与水反应生成的；

(2)浓硫酸具有吸水性，控制气流速度等；

(3)D装置中有未完全反应的Cl2，碘遇淀粉溶液变蓝色；

(4)生成的有机物不溶于水，可以利用分液方法分离；

(5)CH4与Cl2发生取代反应时，一半的Cl进入HCl，一半的氯在有机物中，根据充分反应后生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次增大0.1mol，结合C守恒，计算出各自的物质的量，进而计算所需氯气的物质的量。

(1)C装置中生成 CH3Cl的反应是甲烷和氯气光照发生取代反应生成，反应的化学方程式：CH4+Cl2CH3Cl+HCl，E中有氯化氢产生，不能证明甲烷与氯气发生了取代反应，可能是浓盐酸挥发出的氯化氢气体、或未反应的氯气与水反应生成的，他的看法正确；

(2)浓硫酸具有吸水性，因为甲烷和氯气中含有水蒸气，所以浓硫酸干燥混合气体，还可以控制气流速度，能均匀混合气体等作用；

(3)D装置中的棉花由白色变为蓝色，结合D装置中含有Cl2，说明棉花上可能预先滴有淀粉—KI溶液，Cl2氧化KI生成I2，碘遇淀粉溶液变蓝色；

(4)氯代甲烷难溶于水，而HCl极易溶于水，可以采用分液方法分离提纯，故答案为a；

(5)根据充分反应后生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次增大0.1mol，可以设其物质的量分别是x、（x+0.1mol）、（x+0.2mol）、（x+0.3mol）；根据C守恒，x+（x+0.1mol）+（x+0.2mol）+（x+0.3mol）=1mol，解得x=0.1mol，n(CH3Cl)、n(CH2Cl2)、n(CHCl3)、n(CCl4)物质的量依次为0.1mol、0.2mol、0.3mol、0.4mol，发生取代反应时，一半的Cl进入HCl，消耗氯气的物质的量为0.1mol+2×0.2mol+3×0.3mol+4×0.4mol=3mol，生成HCl的物质的量共为3mol。