Question

19．把1体积CH₄和4体积Cl₂组成的混合气体冲入大试管中，将此试管倒立在盛有Na₂SiO₃溶液的水槽里，放在光亮处．
（1）试管中观察到的现象：①试管中气体颜色会变浅
②水位在试管内上升
③试管壁上有油状液滴
（2）水槽中观察到的现象生成沉淀
（3）写出有关反应的化学方程式：
①CH₄与Cl₂反应（第一步）CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl
②Na₂SiO₃溶液中发生的反应2HCl+Na₂SiO₃=2NaCl+H₂SiO₃↓，
（4）待反应完成后，测得4种取代物物质的量相等，则反应中消耗Cl₂为2.5体积．

Answer 1

分析 （1）氯气在光照条件下发生了取代反应，生成的物质有：CH₃Cl（气体）、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄、HCl；
①生成的产物均无色；
②反应生成了氯化氢，氯化氢易溶于水；
③生成的CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄常温下均为无色液体油状液滴；
（2）氯化氢是强酸，溶于水后与溶液中硅酸钠反应置换出硅酸，硅酸不溶于水；
（3）依据负原理书写化学反应方程式即可；
（4）根据甲烷的物质的量计算出四种取代产物的物质的量，再根据甲烷与氯气的取代反应特点计算出消耗氯气的物质的量．

解答 解：（1）CH₄和Cl₂光照发生反应：CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，CH₃Cl+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₂Cl₂+HCl，CH₂Cl₂+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CHCl₃+HCl，CHCl₃+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CCl₄+HCl，生成CH₃Cl（气体）、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄、HCl，
①生成的产物均无色，所以试管中气体颜色会变浅，故答案为：试管中气体颜色会变浅；
②因生成的HCl易溶于水，反应后，试管内气体压强减小，水位在试管内上升，故答案为：水位在试管内上升；
③因生成的HCl易溶于水，反应后，试管内上方有酸雾，由于生成的CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄常温下均为无色液体，使试管壁上有油状液滴，故答案为：试管壁上有油状液滴；
（2）氯化氢是强酸，溶于水后与溶液中硅酸钠反应置换出硅酸，硅酸不溶于水，即有沉淀生成，故答案为：生成沉淀；
（3）①CH₄与Cl₂反应方程式为：CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl，故答案为：CH₄+Cl₂ $\stackrel{光照}{→}$CH₃Cl+HCl；
②HCl与Na₂SiO₃溶液反应生成硅酸和氯化钠，反应方程式为：2HCl+Na₂SiO₃=2NaCl+H₂SiO₃↓，故答案为：2HCl+Na₂SiO₃=2NaCl+H₂SiO₃↓；
（4）1mol甲烷与氯气完全反应生成四种有机产物的物质的量相同，即分别生成了0.25molCH₃Cl（气体）、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄，根据取代反应特点，每取代1molH原子，需要消耗1mol氯气，则总共消耗氯气的物质的量为：0.25mol+0.25mol×2+0.25mol×3+0.25mol×4=2.5mol，即1体积甲烷消耗2.5体积氯气，故答案为：2.5．

点评 本题考查了甲烷的取代反应原理，题目难度不大，注意掌握甲烷的化学性质，明确取代反应原理，（2）为易错点，注意反应产物与有机产物的不同及甲烷与氯气的取代反应特点．