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时若将MnO₂换成另一种固体即可不用加热并能快速制取氯气，写出该快速制氯气过程的离子方程式为______。

(2)B装置有三种功能：①控制气流速度；②___________；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___________。

(5)该装置还存在的明显缺陷是____________。

(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

2MnO4-+ 10Cl- + 16H+ = 2Mn2+ + 5Cl2↑ + 8H2O 干燥混合气体(或吸水) 使气体混合均匀 除去过量的Cl2 分液 未吸收CH3Cl等尾气 2.5mol

【解析】

(1) 高锰酸钾具有更强的氧化性，可以将浓盐酸中Cl-氧化生成氯气；(2)生成的氯气中还含有水分，浓硫酸具有吸水性，所以B装置除了控制气流速度、均匀混合气体外，还有干燥作用；(3) 氯气具有强的氧化性，能够与碘化钾反应；(4) 分离两种互不相溶的液体用分液法；(5) 装置中通常分为发生装置、除杂装置、收集装置和尾气处理装置；(6)根据甲烷的物质的量计算出四种取代产物的物质的量，再根据甲烷与氯气的取代反应特点计算出消耗氯气的物质的量。

(1) 高锰酸钾能将HCl（浓）氧化生成Cl2，本身被还原生成Mn2+，离子方程式为：2MnO4-+ 10Cl- + 16H+ = 2Mn2+ + 5Cl2↑ + 8H2O，故答案为：2MnO4-+ 10Cl- + 16H+ = 2Mn2+ + 5Cl2↑ + 8H2O；

(2) 生成的氯气中含有水，B装置除具有控制气流速度、均匀混合气体之外，因浓硫酸具有吸水性，还具有干燥作用，故答案为：干燥混合气体(或吸水)；均匀混合气体；

(3) 氯气具有强的氧化性，能够与碘化钾反应而被碘化钾吸收，所以D装置中的石棉上吸附着潮湿的KI粉末，其作用是除去Cl2；故答案为：除去过量的Cl2；

(4) 甲烷与氯气发生取代反应生成取代物与盐酸互不相溶，可以用分液法分离二者，故答案为：分液；

(5) 甲烷与氯气发生取代反应生成取代物，则该装置存在的明显缺陷是未吸收CH3Cl等尾气，故答案为：未吸收CH3Cl等尾气；

(6) 1mol甲烷与氯气完全反应生成四种有机产物的物质的量相同，即分别生成了0.25molCH3Cl（气体）、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，根据取代反应特点，每取代1molH原子，需要消耗1mol氯气，则总共消耗氯气的物质的量为：0.25mol+0.25mol×2+0.25mol×3+0.25mol×4=2.5mol，故答案为：2.5mol。