Question

16．如圖所示，將1molCH₄與1molCl₂混合后充入集氣瓶?jī)?nèi)，置于光亮處，讓混合氣體緩慢地反應(yīng)一段時(shí)間．
（1）在光照條件下，充分反應(yīng)后得到的產(chǎn)物是一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氫．
（2）寫(xiě)出甲烷發(fā)生一氯取代反應(yīng)的化學(xué)方程式：CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl．
（3）光照后將滴管內(nèi)的水?dāng)D入集氣瓶中，能看到的現(xiàn)象是燒杯中的水流進(jìn)集氣瓶．請(qǐng)解釋產(chǎn)生有關(guān)現(xiàn)象的原因：氯氣與甲烷發(fā)生取代反應(yīng)生成產(chǎn)物中只有氯化氫和一氯甲烷為氣體，其他為液體，氯化氫溶于水，使集氣瓶中氣壓減小，在外界大氣壓作用下，燒杯中倒吸入集氣瓶中．
（4）若要使1mol甲烷完全與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，并生成物質(zhì)的量相同的四種取代物，則需要氯氣的物質(zhì)的量為2.5mol．

Answer 1

分析 （1）甲烷與氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氫；
（2）甲烷與氯氣在光照條件下反應(yīng)生成一氯甲烷和氯化氫；
（3）氯氣與甲烷發(fā)生取代反應(yīng)生成產(chǎn)物中只有氯化氫和一氯甲烷為氣體，其他為液體，結(jié)合氯化氫易溶于水的性質(zhì)解答；
（4）根據(jù)四種取代物的物質(zhì)的量相等結(jié)合碳原子守恒計(jì)算取代物的物質(zhì)的量，再根據(jù)被取代的氫原子和氯氣分子之間的關(guān)系式計(jì)算消耗氯氣的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）甲烷與氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氫；
故答案為：一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氫；
（2）甲烷和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)第一步反應(yīng)生成一氯甲烷和氯化氫，方程式為CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，故答案為：CH₄+Cl₂$\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；
（3）氯氣與甲烷發(fā)生取代反應(yīng)生成產(chǎn)物中只有氯化氫和一氯甲烷為氣體，其他為液體，結(jié)合氯化氫易溶于水，光照后將滴管內(nèi)的水?dāng)D入集氣瓶中，氯化氫溶于水，使集氣瓶中氣壓減小，在外界大氣壓作用下，燒杯中倒吸入集氣瓶中；
故答案為：燒杯中的水流進(jìn)集氣瓶；氯氣與甲烷發(fā)生取代反應(yīng)生成產(chǎn)物中只有氯化氫和一氯甲烷為氣體，其他為液體，氯化氫溶于水，使集氣瓶中氣壓減小，在外界大氣壓作用下，燒杯中倒吸入集氣瓶中；
（4）1mol甲烷完全與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，若生成相同物質(zhì)的量的四種取代物，所以每種取代物的物質(zhì)的量是0.25mol，甲烷和氯氣的取代反應(yīng)中，被取代的氫原子的物質(zhì)的量與氯氣的物質(zhì)的量相等，
所以生成0.25mol一氯甲烷需要氯氣0.25mol氯氣，
生成0.25mol二氯甲烷需要氯氣0.5mol，
生成0.25mol三氯甲烷需要氯氣0.75mol氯氣，
生成0.25mol四氯化碳需要氯氣1mol，
所以總共消耗氯氣的物質(zhì)的量=0.25mol+0.5mol+0.75mol+1mol=2.5mol，
故答案為：2.5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了甲烷的性質(zhì)，明確甲烷的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及甲烷的取代反應(yīng)中被取代的氫原子和氯氣之間的關(guān)系是解本題的關(guān)鍵，題目難度不大．