Question

利用甲烷与氯气发生取代反应的副产品生产盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组模拟上述过程，所设计的装置如图所示：

(1)A中制取Cl₂的反应的化学方程式是_________________________。

(2)B装置有三种功能：①控制气流速度；②均匀混合气体；③_______________________。

(3)D装置中的石棉上吸附着潮湿的KI，其作用是________________。

(4)E装置的作用是_______________________。

(5)E装置中除了有盐酸生成外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法是______________。

(6)将1 mol CH₄与Cl₂发生取代反应，测得4种有机取代产物的物质的量相等，则消耗的氯气的物质的量是_____。

Answer

MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O 干燥气体 除去过量的Cl2 吸收氯化氢 分液 2.5mol

【解析】

甲烷与氯气在光照的条件下发生取代反应生成多种氯代甲烷和氯化氢。A装置是浓盐酸和二氧化锰制取氯气的发生装置，通过B装置，除去氯气中的水蒸气，控制两种气体的流速，使氯气和甲烷混合均匀，C装置是甲烷和氯气发生取代反应的装置，D装置盛有湿润的KI粉末可以用来除去过量的氯气，尾气中含有氯化氢，容易污染空气，需要进行尾气处理。

（1）MnO2能将HCl（浓）氧化为Cl2，A中制取Cl2反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O；
（2）通过B装置，浓硫酸除去氯气中的水蒸气，控制两种气体的流速，使氯气和甲烷混合均匀，故答案为干燥气体；

（3）湿润的KI粉末可以用来除去过量的氯气，发生反应：2KI+Cl2=2KCl+I2；
（4）由于上述过程中产生的氯气和HCl均易导致大气污染，所以E的作用是吸收尾气，HCl极易溶于水易发生倒吸，另外E还可以防止倒吸，故答案为吸收氯化氢；
（5）E装置中除了有盐酸生成外，还含有二氯甲烷、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，能分层，可用分液分开；

（6）1 mol CH4与Cl2发生取代反应，欲使得到的四种取代物的物质的量相等，则生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25 mol，该四种取代物中n(Cl)＝0.25 mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5 mol。根据取代反应的特点知，n(HCl)＝2.5 mol，故生成物中含氯原子物质的量为5 mol，根据元素守恒可判断参加反应的n(Cl2)＝2.5 mol。