Question

6．某化工廠利用甲烷與氯氣反應(yīng)得到的副產(chǎn)品來(lái)制取鹽酸實(shí)現(xiàn)了變廢為寶的夢(mèng)想，其生產(chǎn)原理可在實(shí)驗(yàn)室中模擬如下，請(qǐng)根據(jù)要求填空：

（1）寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（2）B裝置的三種功能是①控制氣流速度，②干燥混合氣體，③均勻混合氣體；
（3）設(shè)$\frac{V（C{l}_{2}）}{V（C{H}_{4}）}$=x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x值應(yīng)≥4；
（4）在C裝置中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的強(qiáng)光照射后，發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有油珠附著，寫出生成產(chǎn)物中分子量最大的物質(zhì)的化學(xué)方程式CH₄+4Cl₂→CCl₄+4HCl；
（5）D裝置的作用是BCD（填編號(hào)）；
A．收集氣體  B．吸收氯氣
C．防止倒吸 D．吸收氯化氫
（6）D裝置除生成鹽酸外，還含有有機(jī)物，從中分離出鹽酸的最佳方法為分液；該裝置還有缺陷，原因是沒(méi)有進(jìn)行尾氣處理，其尾氣主要成分為①②（填編號(hào)）．
①CH₄　②CH₃Cl�、跜H₂Cl₂　④CHCl₃�、軨Cl₄．

Answer 1

分析 實(shí)驗(yàn)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，Cl₂經(jīng)干燥后和甲烷在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)，生成多種氯代烴和HCl，在強(qiáng)光照射下可發(fā)生發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有油珠附著，生成產(chǎn)物中分子量最大的物質(zhì)為四氯化碳，最后生成的HCl溶于水生成鹽酸，與有機(jī)物可用分液的方法分離，
（1）MnO₂能將HCl（濃）氧化為MnCl₂和Cl₂；被還原氯化氫是氯氣的2倍；
（2）依據(jù)氣體冒出速率可知反應(yīng)速率，濃硫酸可以干燥氯氣和氯化氫；
（3）甲烷可以和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，產(chǎn)物為氯化氫和一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，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；
（4）在C裝置中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的強(qiáng)光照射后，發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有油珠附著，生成產(chǎn)物中分子量最大的物質(zhì)為CCl₄；
（5）裝置中最后剩余的氯氣、氯化氫氣體需要吸收不能排放到空氣中，氯化氫易溶于水需要防止倒吸；
（6）甲烷可以和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，產(chǎn)物為氯化氫和一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；最后生成的HCl溶于水生成鹽酸，與有機(jī)物可用分液的方法分離；一氯甲烷是氣體，還可能有過(guò)量的甲烷．

解答 解：（1）MnO₂能將HCl（濃）氧化為MnCl₂和Cl₂，反應(yīng)方程式為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（2）生成的氯氣中含有水，B裝置除具有控制氣流速度、均勻混合氣體之外，因濃硫酸具有吸水性，還具有干燥作用，
故答案為：控制氣流速度；干燥混合氣體；均勻混合氣體；
（3）氯氣與甲烷發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)特點(diǎn)是1mol氯氣可取代1molH原子生成1molHCl，設(shè)$\frac{V（C{l}_{2}）}{V（C{H}_{4}）}$=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；
（4）在C裝置中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的強(qiáng)光照射后，發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有油珠附著，生成產(chǎn)物中分子量最大的物質(zhì)為CCl₄，甲烷和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH₄+4Cl₂→CCl₄+4HCl，
故答案為：CH₄+4Cl₂→CCl₄+4HCl；       
（5）裝置中最后剩余的氯氣、氯化氫氣體需要吸收不能排放到空氣中，氯化氫易溶于水需要防止倒吸，故答案為：BCD．
（6）甲烷可以和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，產(chǎn)物為氯化氫和一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；其中一氯甲烷為氣態(tài)，反應(yīng)生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油狀的液體，E裝置中除了有鹽酸生成外，還含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水，能分層，可用分液分開(kāi)；
一氯甲烷是氣體，還可能有過(guò)量的甲烷，所以尾氣的主要成分是可能存在剩余的甲烷和生成的一氯甲烷等氣體，應(yīng)進(jìn)行尾氣處理，
故答案為：分液； ①②．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氯氣的制備以及甲烷與氯氣的取代反應(yīng)，掌握反應(yīng)的原理、準(zhǔn)確把握產(chǎn)物的判斷是答題的關(guān)鍵，題目難度中等．