Question

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。某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：

试回答下列问题：

(1)请写出C装置中生成CH₂Cl₂的化学方程式：_________________________________。

有人认为E中有氯化氢产生，不能证明甲烷与氯气发生了取代反应，你认为他的看法___________(填“正确”或“不正确”)。

(2)B装置有三种功能：①混匀混合气体；②___________；③___________。

(3)D装置的名称为___________，其作用是___________。

(4)E装置中除盐酸外，还含有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为___________(填字母)。

a.分液法  b.蒸馏法  c.结晶法

(5)将1mol CH₄与Cl₂发生取代反应，充分反应后生成的CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄四种有机产物的物质的量依次增大0.1mol，则参加反应的Cl₂的物质的量为___________，生成HCl的总物质的量为______。

Answer

CH4+2Cl2CH2Cl2+2HCl 正确 控制气流速率 干燥气体 干燥管 防止倒吸 a 3 mol 3 mol

【解析】

在加热条件下，浓盐酸和二氧化锰反应生成氯气，浓硫酸具有吸水性，可以作干燥剂，C中甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应生成氯代烃和HCl，尾气中含有氯化氢，氯化氢能溶于水、碱性溶液，所以E装置是处理尾气，倒置的干燥管能防倒吸，据此分析解答。

(1) 光照条件下，氯气和甲烷发生取代反应生成二氯甲烷和氯化氢，反应方程式为CH4+2Cl2CH2Cl2+2HCl，在强光照射下，氯气与甲烷发生置换反应CH4+2Cl2 C+4HCl，也有氯化氢生成，所以E中有氯化氢产生，不能证明甲烷与氯气发生了取代反应，

故答案为CH4+2Cl2 C+4HCl；正确；

(2) 浓硫酸具有吸水性，因为甲烷和氯气中含有水蒸气，所以浓硫酸干燥混合气体；通过观察气泡能控制气流速率，

故答案为控制气流速率；干燥气体；

(3)装置D为干燥管，起防倒吸作用，

故答案为干燥管；防止倒吸；

(4) E装置中除了有盐酸生成外，还含有有机物，由于有机物都难溶于水，是互不相溶的两层液体物质，所以从E中分离出盐酸的最佳方法是分液，选a，

故答案为a；

(5) 将1 mol CH4与Cl2发生取代，四种有机产物的物质的量依次增大0.1mol，设生成CH3Cl的物质的量为x，则CH2Cl2、CHCl3、CCl4的物质的量分别为（x+0.1）、（x+0.2）、（x+0.3），根据碳原子守恒，有x+（x+0.1）+（x+0.2）+（x+0.3）=1，解得x=0.1，

所以四种有机产物的物质的量分别为0.1mol、0.2mol、0.3mol、0.4mol，

则根据取代反应的特点，消耗的氯气的物质的量是0.1mol×1+0.2mol×2+0.3mol×3+0.4mol×4=3mol；

生成HCl的总物质的量等于参加反应的氯气的物质的量为3mol，

故答案为3 mol；3 mol。