Question

17．利用甲烷與氯氣發生取代反應制取副產品鹽酸的設想在工業上已成為現實．某化學興趣小組擬在實驗室中模擬上述過程，其設計的模擬裝置如下：

根據要求填空：
（1）實驗室制取Cl₂的離子反應方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$ Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O
（2）E裝置的作用是CD（填編號）；
A．收集氣體     B．吸收氯氣     C．防止倒吸      D．吸收氯化氫
（3）B裝置有三種功能：①干燥氣體；②將氣體混合均勻；③控制氣體流速
（4）D裝置中的石棉上吸附著KI飽和溶液及KI粉末，其作用是除去過量的氯氣
（5）E裝置中除了有鹽酸生成外，還含有有機物，從E中分離出鹽酸的最佳方法為分液．

Answer 1

分析 實驗室用濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下發生反應生成Cl₂，MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，Cl₂經濃硫酸干燥后和甲烷在強光照條件下發生取代反應，生成多種氯代烴和HCl，如在強光照射下可發生CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，D裝置中的石棉上吸附著KI飽和溶液及KI粉末，其作用是除去過量的氯氣，最后生成的HCl溶于水生成鹽酸，與有機物可用分液的方法分離．
（1）實驗室制取Cl₂，二氧化錳與濃鹽酸在加熱條件反應生成氯化錳、氯氣和水，鹽酸、氯化錳可拆寫成離子；
（2）反應后剩余的氯化氫氣體能夠污染空氣，不能排放到空氣中，需要吸收，氯化氫易溶于水需要放倒吸；
（3）濃硫酸可以干燥氯氣和氯化氫，根據冒出氣泡的速率來控制氣體硫酸；
（4）氯氣能將碘化鉀氧化為碘單質，D裝置其作用是除去過量的氯氣；
（5）甲烷和氯氣發生取代反應，產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，與有機物可用分液的方法分離．

解答 解：（1）MnO₂和HCl（濃）在加熱時生成MnCl₂和Cl₂、H₂O，MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，鹽酸、氯化錳可拆寫成離子，離子反應為：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$ Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-  $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$  Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）裝置中最后剩余的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，E裝置在吸收氯化氫時可防止倒吸，
故答案為：CD；
（2）生成的氯氣中含有水，因濃硫酸具有吸水性，具有干燥作用，B裝置除：①干燥氣體；②將氣體混合均勻之外，還具有通過氣泡的多少來控制氣體的流速，
故答案為：控制氣體流速；
（4）氯氣能將碘化鉀氧化為碘單質，KI飽和溶液及KI粉末可除去過量的氯氣，
故答案為：除去過量的氯氣；
（5）甲烷和氯氣發生取代反應，產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，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；
故答案為：分液．

點評 本題考查了物質制備和性質實驗設計，主要考查了氯氣的制備以及甲烷與氯氣的取代反應，題目難度中等，側重于考查學生的實驗探究能力和對基礎知識的綜合應用能力．