Question

11．（1）“西氣東輸”中的“氣”指天然氣，其主要成分的結(jié)構式是．一定量的該氣體燃燒過程的能量變化如圖1所示，從圖中可以讀出E₁＞E₂（填“＞”或“＜”），該反應放出 （填“放出”或“吸收”）能量．

（2）CH₄和Cl₂發(fā)生的一系列反應都是取代（填反應類型）反應，請寫出CH₄和Cl₂反應生成一氯甲烷的化學方程式：CH₄+Cl₂$\stackrel{光}{→}$CH₃Cl+HCl．
（3）若要使1mol CH₄完全和Cl₂發(fā)生取代反應，并生成相同物質(zhì)的量的四種取代產(chǎn)物，則需要Cl₂的物質(zhì)的量為2.5mol．
（4）將封閉有甲烷和氯氣的混合氣體的裝置放置在有光亮的地方，讓混合氣體緩慢地反應一段時間．經(jīng)過幾個小時的反應后，圖2中U型管右端的玻璃管中水柱的變化是下降．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)原子的最外層電子數(shù)來分析原子的成鍵情況，然后寫出結(jié)構式；
根據(jù)圖可知反應物的總能量大于生成物的總能量；
根據(jù)反應物所具有的總能量高于生成的總能量，在反應中會有一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿男问结尫牛瑸榉艧岱磻��?br />（2）甲烷和氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應；
（3）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系式計算消耗氯氣的物質(zhì)的量；
（4）根據(jù)大氣壓強原理來判斷U型管右端的玻璃管中水柱變化．

解答 解：（1）天然氣的其主要成分為甲烷，化學式CH₄，CH₄中C原子最外層有4個電子，應成4對共用電子對，H原子最外層有H個電子，應成1對共用電子對，故CH₄分子中C原子與H原子之間形成4對共用電子對，結(jié)構式為，由圖可知反應物的總能量大于生成物的總能量，由反應物所具有的總能量高于生成的總能量，在反應中會有一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿男问结尫�，為放熱反應�?br />故答案為：；＞；放出；
（2）甲烷和氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應，反應的化學方程式：CH₄+Cl₂$\stackrel{光}{→}$CH₃Cl+HCl，故答案為：取代；CH₄+Cl₂$\stackrel{光}{→}$CH₃Cl+HCl；
（3）1mol甲烷完全與氯氣發(fā)生取代反應，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：2.5mol；
（4）經(jīng)過幾個小時的反應后，消耗氯氣，反應中氣體的物質(zhì)的量減少，所以壓強減小，且生成的HCl能夠溶解于水，U型管右端的玻璃管中水柱降低，故答案為：下降．

點評 本題主要考查了甲烷的分子式、結(jié)構式、化學反應中能量變化以及甲烷的取代反應，難度不大，注意甲烷和氯氣發(fā)生取代生成一系列取代產(chǎn)物，分析現(xiàn)象時抓住生成物的性質(zhì)特征．