Question

5．利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)制取副產(chǎn)品鹽酸的設(shè)想在工業(yè)上已成為現(xiàn)實．某化學興趣小組擬在實驗室中模擬上述過程，其設(shè)計的模擬裝置如圖：
（1）檢查該裝置氣密性的方法是：關(guān)閉止水夾和分液漏斗的活塞，往E中燒杯水至浸沒干燥管的末端，點燃A處酒精燈，若E中有氣泡生成，熄滅酒精燈后，在干燥管的末端形成一段水柱，證明裝置氣密性良好．
（2）寫出A裝置中反應(yīng)的離子方程式：4H⁺+2Cl^-+MnO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（3）B裝置有三種功能：①控制氣流速度；②將氣體混合均勻；
③干燥混合氣體．
（4）設(shè)氯氣與甲烷的體積比V（Cl₂）/V （CH₄）=x，理論上欲獲得最多的氯化氫，則x的取值范圍是≥4．
（5）D裝置的作用是除去A（填序號，下同），E裝置放出的尾氣含有B．
A．Cl₂    B．CH₃C1    C．CH₂Cl₂    D．CHCl₃
（6）設(shè)計實驗：
①證明甲烷與氯氣發(fā)生了取代反應(yīng)：有同學認為只要檢驗裝置E中是否存在Cl^-就可以，但老師認為該裝置有缺陷，否認了該同學的觀點，老師的理由是制取的氯氣中混合有氯化氫氣體．該同學認真思考后，在A、B之間增加的裝置是B．
A．  B． C．
②證明氧化性Cl₂＞Br₂向KBr溶液中通入Cl₂，溶液變橙色．

Answer 1

分析 實驗室用濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)生成Cl₂，MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，Cl₂經(jīng)濃硫酸干燥后和甲烷在強光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)，生成多種氯代烴和HCl，如在強光照射下可發(fā)生CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，D裝置中的四氯化碳作用是吸收生成的多種氯代烴，除去過量的氯氣，最后生成的HCl溶于水生成鹽酸，由于一氯甲烷是氣體，所以從E中出來和尾氣有可能有一氯甲烷，
（1）根據(jù)密封裝置中氣體受熱膨脹，會在導(dǎo)管口形成氣泡，冷卻后會在導(dǎo)管形成水柱，檢驗裝置是否密封；
（2）實驗室制取Cl₂，二氧化錳與濃鹽酸在加熱條件反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，鹽酸、氯化錳可拆寫成離子；
（3）濃硫酸可以干燥氯氣和氯化氫，根據(jù)冒出氣泡的速率來控制氣體硫酸，使氯氣和氯化氫混合均勻；
（4）氯氣與甲烷發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)特點是1mol氯氣可取代1molH原子生成1molHCl，據(jù)此分析；
（5）D裝置中的四氯化碳作用是吸收生成的多種氯代烴，除去過量的氯氣，由于一氯甲烷是氣體，所以從E中出來和尾氣有可能有一氯甲烷；
（6）①實驗中制取的氯氣中含有氯化氫雜質(zhì)，所以E裝置中檢驗出氯離子，不能說明甲烷和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，也可能是氯氣中的氯化氫，所以氯化氫雜質(zhì)要除去；
②用氯氣氧化溴離子可證明氧化性Cl₂＞Br₂；

解答 解：實驗室用濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)生成Cl₂，MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，Cl₂經(jīng)濃硫酸干燥后和甲烷在強光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)，生成多種氯代烴和HCl，如在強光照射下可發(fā)生CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，D裝置中的四氯化碳其作用是吸收生成的多種氯代烴，除去過量的氯氣，最后生成的HCl溶于水生成鹽酸，由于一氯甲烷是氣體，所以從E中出來和尾氣有可能有一氯甲烷，
（1）根據(jù)密封裝置中氣體受熱膨脹，會在導(dǎo)管口形成氣泡，冷卻后會在導(dǎo)管形成水柱，檢驗裝置是否密封，具體操作為往E中燒杯水至浸沒干燥管的末端，點燃A處酒精燈，若E中有氣泡生成，熄滅酒精燈后，在干燥管的末端形成一段水柱，
故答案為：往E中燒杯水至浸沒干燥管的末端，點燃A處酒精燈，若E中有氣泡生成，熄滅酒精燈后，在干燥管的末端形成一段水柱；
（2）實驗室制取Cl₂，二氧化錳與濃鹽酸在加熱條件反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，反應(yīng)的離子方程式為4H⁺+2Cl^-+MnO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：4H⁺+2Cl^-+MnO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（3）濃硫酸可以干燥氯氣和氯化氫，根據(jù)冒出氣泡的速率來控制氣體硫酸，使氯氣和氯化氫混合均勻，
故答案為：將氣體混合均勻；干燥混合氣體；
（4）氯氣與甲烷發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)特點是1mol氯氣可取代1molH原子生成1molHCl，設(shè)$\frac{V（Cl{\;}_{2}）}{V（CH{\;}_{4}）}$=x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x值應(yīng)保證甲烷被完全取代，x應(yīng)大于或等于4，
故答案為：≥4；
（5）根據(jù)上面的分析可知，D裝置中的四氯化碳其作用是吸收生成的多種氯代烴，除去過量的氯氣，故選A，由于一氯甲烷是氣體，所以從E中出來和尾氣有可能有一氯甲烷，故選B，
故答案為：A；B；
（6）①實驗中制取的氯氣中含有氯化氫雜質(zhì)，所以E裝置中檢驗出氯離子，不能說明甲烷和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，也可能是氯氣中的氯化氫，所以氯化氫雜質(zhì)要除去，所以在A、B之間增加的裝置是飽和食鹽水，故選B，
故答案為：制取的氯氣中混合有氯化氫氣體；B；
②用氯氣氧化溴離子可證明氧化性Cl₂＞Br₂，實驗方法是向KBr溶液中通入Cl₂，溶液變橙色，即可證明氧化性Cl₂＞Br₂，
故答案為：向KBr溶液中通入Cl₂，溶液變橙色．

點評 本題考查了物質(zhì)制備和性質(zhì)實驗設(shè)計，主要考查了氯氣的制備以及甲烷與氯氣的取代反應(yīng)，題目難度中等，側(cè)重于考查學生的實驗探究能力和對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力．