Question

3．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．某化学兴趣小组通过在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：

（1）B装置有三种功能：①控制气流速度；②均匀混合气体；③干燥混合气体
（2）设V（Cl₂）/V（CH₄）=x，若理论上欲取代反应获得最多的氯化氢则x≥4
（3）D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是吸收过量的氯气．
（4）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．
（5）E装置中除盐酸外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为A．
A．分液法       B．蒸馏法      C．萃取分液法        D．结晶法
（6）该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为AB（填编号）
A、CH₄        B、CH₃Cl     C、CH₂Cl₂         D、CHCl₃．

Answer 1

分析 在加热条件下，实验室用浓盐酸和二氧化锰反应制取氯气，在光照条件下，甲烷和氯气发生取代反应生成氯代烃和氯化氢，生成的黑色小颗粒为碳单质，氯气具有强氧化性，能将碘离子氧化生成碘单质，最后生成的氯化氢溶于水得到盐酸，互不相溶的液体采用分液的方法分离，一氯甲烷是气体，还可能有过量的甲烷，据此答题．

解答 解：在加热条件下，实验室用浓盐酸和二氧化锰反应制取氯气，在光照条件下，甲烷和氯气发生取代反应生成氯代烃和氯化氢，生成的黑色小颗粒为碳单质，氯气具有强氧化性，能将碘离子氧化生成碘单质，最后生成的氯化氢溶于水得到盐酸，互不相溶的液体采用分液的方法分离，一氯甲烷是气体，还可能有过量的甲烷，
（1）在加热条件下，二氧化锰和浓盐酸反应生成氯气，同时生成的氯气中还含有水分，浓硫酸具有吸水性、脱水性和强氧化性，所以B装置除了控制气流速度、均匀混合气体外，还有干燥作用，
故答案为：干燥混合气体；
（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V（Cl₂）/V（CH₄）=x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则应保证甲烷被完全取代，x应大于或等于4，
故答案为：4；
（3）氯气具有强氧化性，能将碘离子氧化生成碘单质，所以D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是吸收过量的氯气，
故答案为：吸收过量的氯气；
（4）生成的黑色小颗粒为炭黑，在强光照射下可发生CH₄+2Cl₂$\stackrel{光照}{→}$C+4HCl，
故答案为：CH₄+2Cl₂$\stackrel{光照}{→}$C+4HCl；
（5）盐酸和有机物不能互溶，所以可以采用分液的方法分离，故选A；
（6）反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体，只有一氯甲烷是气体，还可能有过量的甲烷，故选AB．

点评 本题考查了氯气在制取及氯代烃的制备，明确实验原理是解本题关键，会从整体上分析各个装置发生的反应、各个装置作用，要熟练掌握甲烷的化学性质，题目难度中等．