Question

某研究小组为了探究甲烷和氯气反应的情况，设计了几个实验．
请填写下列空白：
【实验一】用如图所示装置，收集一试管甲烷和氯气的混合气体，照后观察到量筒内形成一段水柱，认为有氯化氢生成．
（1）该反应的反应类型为

 

；
（2）该反应的化学方程式为

 

；（只写第一步）
（3）水槽中盛放的液体应为

 

；（填标号）
A．水　　　 B．饱和石灰水　　 C．饱和食盐水　　 D．饱和NaHCO₃溶液
【实验二】收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照反应后，滴加AgNO₃溶液，看到有白色沉淀生成，认为有氯化氢生成．
（4）该实验设计的错误之处

 

；
（5）写出碳原子数为9的甲烷的一种同系物的名称，已知它的一氯代物有两种：

 

．

Answer 1

分析：（1）甲烷中氢原子被氯原子取代生成氯代甲烷，该反应为取代反应；
（2）甲烷与氯气在光照条件下能够发生取代反应，第一步反应为甲烷中1个H被氯原子取代生成一氯甲烷，据此写出反应的化学方程式；
（3）水槽中的液体必须满足：氯气在该溶液中溶解度很小，以便证明氯气与甲烷发生了反应；
（4）氯水中含有氯离子，加入硝酸银溶液同样产生氯化银沉淀，干扰了氯离子的检验；
（5）该烷烃的一氯代物有两种，说明其分子中含有的氢原子有两种，据此写出满足条件的壬烷的同分异构体．

解答：解：（1）甲烷与氯气的反应属于取代反应，
故答案为：取代反应；
（2）甲烷中一个氢原子被氯气取代的反应方程式为：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl，
故答案为：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl；
（3）Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度较小，所以防止氯气和水反应，水槽中盛放的液体最好为饱和食盐水；由于氯气在水中溶解度较大、氯水能够与饱和石灰水、饱和碳酸氢钠溶液反应，干扰的实验结果，而不能使用水，更不能使用饱和石灰水、饱和碳酸氢钠溶液，
故答案为：C；
（4）氯水中存在化学平衡：Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO；次氯酸是弱电解质，溶液中存在三种分子：Cl₂、HClO、H₂O；四种离子：H⁺、Cl^-、ClO^-、OH^-（少量），所以当氯水中加入AgNO₃溶液时会发生反应：Ag⁺+Cl^-=AgCl↓，同样会产生白色沉淀，干扰了氯离子的检验，
故答案为：氯水中加入AgNO₃溶液也会产生白色沉淀；
（5）碳原子数为9的烷烃为壬烷，庚烷中一氯代物有两种，说明该壬的同分异构体中，含有的氢原子种类只有两种，联系乙基的一氯代物只有一种，用四个乙基将甲烷中四个氢原子取代就可以得到壬烷，且其一氯代物只有两种，该壬烷的结构简式为：CH₃CH₂C（CH₂CH₃）₂CH₂CH₃，该有机物的名称为：3，3-二甲基戊烷，
故答案为：3，3-二乙基戊烷．

点评：本题考查了甲烷的取代反应、同分异构体的书写、有机反应类型的判断等知识，题目难度中等，注意掌握甲烷的化学性质及甲烷与氯气发生取代反应的原理，明确物质检验方案设计必须满足严密性．