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。某化学兴趣小组拟在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：

(1)B装置有三种功能：__________________。

(2)设＝x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x的取值范围是__________。

(3)D装置的石棉中均匀附着KI粉末，其作用是____________。

(4)E装置的作用是________(填编号)。

A 收集气体　　　　　　　    B 吸收氯气

C 防止倒吸      D 吸收氯化氢

(5)在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，置换出黑色小颗粒的化学方程式为___________，可见有机反应有很多副反应。

(6) 该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气的主要成分是__________(填编号)。

A CH₄　B CH₃Cl　C CH₂Cl₂　D CHCl₃　E CCl₄

Answer

控制气流速度、使气体混合均匀、干燥混合气体 x≥4 吸收未反应的氯气 CD CH4+2Cl2C+4HCl AB

【解析】

装置A中用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下发生反应生成Cl2，Cl2经装置B中的浓硫酸干燥后，和装置B中通入的甲烷混合后进入装置C，在光照条件下发生取代反应，生成多种氯代烃和HCl；氯气具有强氧化性，能将碘化钾氧化为碘单质，通过装置D中石棉上的KI吸收未反应的氯气，最后生成的HCl溶于水生成盐酸，与有机物可用分液的方法分离，

(1)通过装置B中产生气泡的速率可以观察到气流速度，从而加以控制；同时浓硫酸可以对气体进行干燥，且在该装置中气体混合更加均匀；

(2)氯气与甲烷发生取代反应，反应特点是1mol氯气可取代1molH原子生成1molHCl，所以1mol甲烷完全被取代需要4mol氯气，设=x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则应保证甲烷被完全取代，则x≥4；

(3)KI可以还原氯气，从而吸收未反应的氯气；

(4)本实验中需要利用取代反应的副产品制备盐酸，所以装置中最后剩余的氯化氢气体需要用水吸收不能排放到空气中，氯化氢易溶于水需要防止倒吸，故答案为：CD；

(5)根据元素守恒和常见单质的物理性质可知该黑色小颗粒应为C单质，化学反应方程式为CH4+2Cl2C+4HCl；

(6)甲烷可以和氯气发生取代反应，产物为氯化氢和一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；其中一氯甲烷为气态，其他氯代物会在装置E中冷凝，所以最终的尾气成分主要是可能存在的剩余甲烷和生成的一氯甲烷等气体，所以选AB。