Question

【題目】利用甲烷與氯氣發生取代反應的副產品生產鹽酸的設想在工業上已成為現實。某化學興趣小組模擬上述過程，所設計的裝置如圖所示：

(1)A中制取Cl2時若將MnO2換成另一種固體即可不用加熱并能快速制取氯氣，寫出該快速制氯氣過程的離子方程式為______。

(2)B裝置有三種功能：①控制氣流速度；②___________；③___________。

(3)D裝置中的石棉上吸附著潮濕的KI，其作用是___________。

(4)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是___________。

(5)該裝置還存在的明顯缺陷是____________。

(6)將1 mol CH4與Cl2發生取代反應，測得4種有機取代產物的物質的量相等，則消耗的氯氣的物質的量是________。

Answer 1

【答案】2MnO4-+ 10Cl- + 16H+ = 2Mn2+ + 5Cl2↑ + 8H2O 干燥混合氣體(或吸水) 使氣體混合均勻 除去過量的Cl2 分液 未吸收CH3Cl等尾氣 2.5mol

【解析】

(1) 高錳酸鉀具有更強的氧化性，可以將濃鹽酸中Cl-氧化生成氯氣；(2)生成的氯氣中還含有水分，濃硫酸具有吸水性，所以B裝置除了控制氣流速度、均勻混合氣體外，還有干燥作用；(3) 氯氣具有強的氧化性，能夠與碘化鉀反應；(4) 分離兩種互不相溶的液體用分液法；(5) 裝置中通常分為發生裝置、除雜裝置、收集裝置和尾氣處理裝置；(6)根據甲烷的物質的量計算出四種取代產物的物質的量，再根據甲烷與氯氣的取代反應特點計算出消耗氯氣的物質的量。

(1) 高錳酸鉀能將HCl（濃）氧化生成Cl2，本身被還原生成Mn2+，離子方程式為：2MnO4-+ 10Cl- + 16H+ = 2Mn2+ + 5Cl2↑ + 8H2O，故答案為：2MnO4-+ 10Cl- + 16H+ = 2Mn2+ + 5Cl2↑ + 8H2O；

(2) 生成的氯氣中含有水，B裝置除具有控制氣流速度、均勻混合氣體之外，因濃硫酸具有吸水性，還具有干燥作用，故答案為：干燥混合氣體(或吸水)；均勻混合氣體；

(3) 氯氣具有強的氧化性，能夠與碘化鉀反應而被碘化鉀吸收，所以D裝置中的石棉上吸附著潮濕的KI粉末，其作用是除去Cl2；故答案為：除去過量的Cl2；

(4) 甲烷與氯氣發生取代反應生成取代物與鹽酸互不相溶，可以用分液法分離二者，故答案為：分液；

(5) 甲烷與氯氣發生取代反應生成取代物，則該裝置存在的明顯缺陷是未吸收CH3Cl等尾氣，故答案為：未吸收CH3Cl等尾氣；

(6) 1mol甲烷與氯氣完全反應生成四種有機產物的物質的量相同，即分別生成了0.25molCH3Cl（氣體）、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，根據取代反應特點，每取代1molH原子，需要消耗1mol氯氣，則總共消耗氯氣的物質的量為：0.25mol+0.25mol×2+0.25mol×3+0.25mol×4=2.5mol，故答案為：2.5mol。