Question

如图甲所示，U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气（体积比为1：4）的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略．将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在有光的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间．试回答下列问题：
（1）假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式

 

．
（2）经过几个小时的反应后，U形管右端的玻璃管中水柱变化是

 

 （填字母序号，下同）．
A．升高B．降低C．不变D．无法确定
（3）U形管左端的气柱变化是

 

（选最佳答案）．
A．体积增大B．体积减小C．体积减小最后消失D．不变
（4）试解释U形管右端的玻璃管中水柱变化的原因

 

．
（5）如图乙所示，某气体X可能由H₂、CO、CH₄中的一种或几种组成，将气体X燃烧后生成的气体通过
A、B两个洗气瓶．试回答下列问题：
①若A洗气瓶的质量增加，B洗气瓶的质量不变，则气体X是

 

．
②若A洗气瓶的质量不变，B洗气瓶的质量增加，则气体X是

 

．
③若A、B两个洗气瓶的质量都增加，则气体X可能是

 

、

 

、

 

、

 

、

 

．

Answer 1

考点：甲烷的取代反应

专题：实验题

分析：（1）根据甲烷和氯气发生取代反应的实质来回答判断；
（2）根据大气压强原理来判断U型管右端的玻璃管中水柱变化；
（3）根据大气压强原理来判断U型管左端的玻璃管中水柱变化；
（4）根据大气压强原理以及氯化氢是易溶于水的气体来分析判断；
（5）①A洗气瓶的质量增加，B洗气瓶的质量不变，说明燃烧产物只有水生成，没有二氧化碳；
②A洗气瓶的质量不变，B洗气瓶的质量增加，说明燃烧产物只有二氧化碳，没有水，即气体中不含氢元素；
③A、B两个洗气瓶的质量都增加，说明燃烧产物为水和二氧化碳，即气体中必须含有碳、氢元素．

解答： 解：（1）甲烷中的氢原子可以被氯原子取代，甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物即四氯化碳的化学方程式为：CH₄+4Cl₂

光照

CCl₄+4HCl，
故答案为：CH₄+4Cl₂

光照

CCl₄+4HCl；
（2）经过几个小时的反应后，消耗氯气，反应中气体的物质的量减少，所以压强减小，且生成的HCl能够溶解于水，U型管右端的玻璃管中水柱降低，故答案为：B；
（3）根据反应原理：CH₄+4Cl₂

光照

CCl₄+4HCl，开始消耗氯气，反应中气体的物质的量减少，体积减小，当甲烷和氯气按照体积比为1：4恰好反应时，端的气柱消失，
故答案为C；
（4）由上述化学方程式CH₄+4Cl₂

光照

CCl₄+4HCl可知，此反应中气体的物质的量减少，且生成的HCl能够溶解于水，所以左侧压强减小至零，故右侧玻璃管中的水柱降低，故答案为：由上述化学方程式可知，此反应中气体的物质的量减少，且生成的HCl能够溶解于水，所以左侧压强减小至零，故右侧玻璃管中的水柱降低；
（5）H₂、CO、CH₄气体燃烧，发生反应为：2H₂+O₂

点燃  .

2H₂O，2CO+O₂

点燃  .

2CO₂，CH₄+2O₂

点燃

CO₂+2H₂O；
①若A洗气瓶的质量增加，B洗气瓶的质量不变，A中为浓硫酸，说明A吸收了水，只含有H元素，不含C，因而气体X为H₂，故答案为：H₂；
②若A洗气瓶的质量不变，B洗气瓶的质量增加，B中为澄清石灰水，澄清石灰水吸收二氧化碳，说明只含有C，不含H，因而气体X为CO，故答案为：CO；
③若A、B两个洗气瓶的质量都增加，说明生成物有二氧化碳、水，所以含有C，H，O元素，则反应物中也一定含有这三种元素，物质在空气中燃烧，是和空气中的氧气反应，氧气可以由O元素组成，则C，H定是从气体提供，可能情况有5种，它们分别为：①CH₄、H₂、CO；②CH₄；　③CH₄、H₂；　④CH₄、CO；　⑤CO、H₂，
故答案为：CH₄；H₂和CO；CO和CH₄；H₂和CH₄；H₂、CO和CH₄．

点评：本题考查学生甲烷和氯气的化学反应原理知识，质的检验与鉴别，难度不大．注意进行物质检验时，要依据物质的特殊性质和特征反应，准确根据反应中的明显现象，如颜色的变化、沉淀的生成和溶解、气体的产生和气味、火焰的颜色等，进行判断、推理、验证即可．