Question

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．
請填寫下列空白：
【實驗一】用如圖所示裝置，排水法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）該反應的化學方程式為

 

；（只寫第一步）
（2）水槽中盛放的液體最好為

 

；（填標號）
A．水    B．飽和石灰水    C．飽和食鹽水      D．飽和NaHCO₃溶液
【實驗二】用排蒸餾水法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．
（3）該實驗設計的錯誤之處

 

；
【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40W的日光燈下光照6min后，加入10mL 蒸餾水，充分振蕩，測得pH=1.00．
（4）判斷該反應中有氯化氫生成的依據是

 

；
（5）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，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，則試管中原有氯氣在標準狀況下的體積為

 

mL．

Answer 1

分析：（1）甲烷和氯氣發生反應，甲烷分子中的氫原子被氯離子取代；
（2）氯氣能和水反應生成鹽酸和次氯酸；
（3）根據氯水的成分進行解答；
（4）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；
（5）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．

解答：解：（1）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，
故答案為：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl；
（2）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；
（3）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；
（4）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；
（5）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．

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．