Question

（2010?廈門二模）某研究小組為了探究甲烷和氯氣反應的情況，設計了幾個實驗，請填空：
【實驗一】用如圖所示裝置，收集一試管甲烷和氯氣的混合氣體，光照后觀察到量筒內形成一段水柱，認為有氯化氫生成．
（1）該反應的反應類型為

取代反應

；
（2）該反應的化學方程式為

CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl

；（只寫第一步）
（3）水槽中盛放的液體應為

C

；（填標號）
A．水    B．飽和石灰水
C．飽和食鹽水D．飽和NaHCO，溶液
【實驗二】收集一試管甲烷和氯氣的混合氣體，光照反應后，滴加AgNO₃溶液，看到有白色沉淀生成，認為有氯化氫生成．
（4）該實驗設計的錯誤之處

氯水中加入AgNO₃溶液也會產生白色沉淀

；
【實驗三】
步驟一：收集半試管氯氣，加入10mL蒸餾水，充分振蕩，采用DIS系統的pH傳感器測溶液的pH（下同）．測得pH=3.26．
步驟二：收集一試管甲烷和氯氣的混合氣體（各占50%），在90W的日光燈下光照6min后，加入10mL蒸餾水，充分振蕩，測得pH=1.00．
（5）判斷該反應中有氯化氫生成的依據是

步驟二測得的pH值比步驟一測得的pH值低

．
（6）假設氯氣完全參與反應，且不考慮氯氣溶解于水．往反應后的溶液中加水稀釋到100.00mL，分別取20.00mL稀釋液，以K₂CrO₇為指示劑，用濃度為0.01mol?L^-1的AgNO₃溶液滴定溶液中的Cl^-，滴定終點時消耗AgNO₃溶液的體積平均為10.00mL，則試管中原有氯氣在標準狀況下的體積為

11.2

mL；
步驟三：用5支試管充滿甲烷和氯氣的混合氣體（各占50%），分別放在40W的日光燈下光照不同時間后，加入10mL蒸餾水，充分振蕩，測得pH如下表：

編號	1	2	3	4	5
光照時間	2min	4min	6min	8min	10min
反應后pH	1.86	1.62	1.00	1.00	1.00

（7）該實驗可得到結論：

相同條件下，一定時間內，甲烷與氯氣反應的光照時間越長，甲烷取代反應的轉化率越高或6分鐘后甲烷與氯氣的取代反應達到平衡

；
步驟四：探究不同光照條件對甲烷與氯氣反應速率的影響．
（8）試設計一個可行的實驗方案：

用5支充滿甲烷和氯氣的混合氣體（各占50%），分別放在不同功率的日光燈下光照相同時間后，加入l0mL蒸餾水，充分振蕩，測pH

．

Answer 1

分析：（1）根據甲烷和氯氣發生反應，甲烷分子中的氫原子被氯原子取代判斷；
（2）甲烷和氯氣發生反應，甲烷分子中的氫原子被氯原子取代，生成HCl和CH₃Cl；
（3）氯氣能和水反應生成鹽酸和次氯酸；
（4）根據氯水的成分進行解答；
（5）如果步驟二中沒有生成HCl，那么pH也應該是3.26，．現在pH變小，說明生成的HCl溶于水導致pH變小；
（6）根據甲烷和氯氣反應的原理，每1mol氯氣參加反應生成1mol氯化氫，據此分析解答；
（7）由表中數據可知時間越長，溶液的PH越小，生成的HCl越多；
（8）探究不同光照條件對甲烷與氯氣反應速率的影響，則可以改變日光燈的功率．

解答：解：（1）甲烷和氯氣發生反應，甲烷分子中的氫原子被氯原子取代，所以屬于取代反應，故答案為：取代反應；
（2）甲烷與氯氣在光照下發生取代反應，甲烷分子中的氫原子被氯氣分子中的氯原子取代，生成一氯甲烷和氯化氫，其反應方程式為：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl，
故答案為：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl；
（3）Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，氯氣在飽和氯化鈉溶液中的溶解度較小，所以防止氯氣和水反應，水槽中盛放的液體最好為飽和食鹽水，
故答案為：C；
（4）氯水中存在化學平衡：Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO；次氯酸是弱電解質，溶液中存在三種分子：Cl₂、HClO、H₂O；四種離子：H⁺、Cl^-、ClO^-、OH^-（少量），所以當氯水中加入AgNO₃溶液時會發生Ag⁺+Cl^-=AgCl↓產生白色沉淀，
故答案為：氯水中加入AgNO₃溶液也會產生白色沉淀；
（5）步驟一：氯氣溶于水后，Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO生成鹽酸，其pH為3.26，步驟二：pH=1.00，比3.26小，說明除了氯氣溶于水生成鹽酸外還有別的反應產生HCl，
故答案為：步驟二測得的pH值比步驟一測得的pH值低；
（6）取20.00mL稀釋液，加入10.00mL濃度為0.01mol?L^-1的AgNO₃溶液恰好完全反應，參加反應的銀離子的物質的量為1×10^-4mol，根據方程式 Ag⁺+Cl^-=AgCl↓則100.00mL溶液中含氯離子5×10^-4mol，根據甲烷和氯氣反應的原理，每1mol氯氣參加反應生成1mol氯化氫，則試管中原有氯氣為5×10^-4mol，在標準狀況下的體積為5×10^-4mol×22.4L/mol═1.12×10^-2L=11.2mL，故答案為：11.2；
（7）由表中數據可知時間越長，溶液的PH越小，生成的HCl越多，所以相同條件下，一定時間內，甲烷與氯氣反應的光照時間越長，甲烷取代反應的轉化率越高或6分鐘后甲烷與氯氣的取代反應達到平衡，
故答案為：相同條件下，一定時間內，甲烷與氯氣反應的光照時間越長，甲烷取代反應的轉化率越高或6分鐘后甲烷與氯氣的取代反應達到平衡；
（8）探究不同光照條件對甲烷與氯氣反應速率的影響，則可以改變日光燈的功率，所以用5支充滿甲烷和氯氣的混合氣體（各占50%），分別放在不同功率的日光燈下光照相同時間后，加入l0mL蒸餾水，充分振蕩，測pH，
故答案為：用5支充滿甲烷和氯氣的混合氣體（各占50%），分別放在不同功率的日光燈下光照相同時間后，加入l0mL蒸餾水，充分振蕩，測pH．

點評：本題主要考查了甲烷的取代反應、氯氣和水反應，掌握甲烷的化學性質是解答本題的關鍵，題目難度中等．