Question

17．利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实．
某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程，设计的模拟装置如下：

根据设计要求回答：
（1）在B装置中，经过一段时间的光照，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式CH₄+2Cl₂$\frac{\underline{\;光照\;}}{．}$C+4HCl．
（2）C装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是吸收未反应的Cl₂．
（3）D装置用于吸收HCl的优点是防止倒吸．
（4）从环保的角度考虑，该装置还不完善，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分可能有a、b（填编号）．
a．CH₄　   b．CH₃Cl   　c．CH₂Cl₂　   d．CHCl₃　e．CCl₄
（5）其他条件均不变，若去掉A装置，则D中所得盐酸的浓度将变小（填“不变”、“变大”或“变小”），你认为可能原因是CH₄和Cl₂混合不均导致反应不充分或生成的HCl结合水蒸气形成液滴残留在硬质玻璃管中．

Answer 1

分析 分析整个流程，A瓶中装有浓硫酸，通入含水的甲烷和氯气，浓硫酸除去水，经过第一步处理后产生干燥的甲烷气体和氯气，B中，在光照条件下，氯气置换出甲烷中的碳，产生黑色的小颗粒，装置C为尾气去除装置，除去反应中多余的氯气，最后通过D装置，吸收多余的HCl气体．

解答 解：（1）在B装置中，经过一段时间的光照，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，反应是氯气在光照条件下置换出甲烷中的C，同时产生HCl，化学方程式为：CH₄+2Cl₂$\frac{\underline{\;光照\;}}{．}$C+4HCl．
故答案为：CH₄+2Cl₂$\frac{\underline{\;光照\;}}{．}$C+4HCl；
（2）C装置的石棉中均匀混有KI粉末，KI会和氯气反应，产生KCl，防止产生的氯气污染大气，其作用是吸收未反应的Cl₂．
故答案为：吸收未反应的Cl₂；
（3）D装置装置中有水，是吸收产生的HCl气体，使用了漏斗，是为了防止倒吸，其优点是防止倒吸．
故答案为：防止倒吸．
（4）从环保的角度考虑，该装置还不完善，原因是没有进行尾气处理，考虑到甲烷在光照下氯气反应，还能发生取代反应，生成CH₃Cl，CH₂Cl₂，CHCl₃，CCl₄，其中CH₃Cl为气体，还存在未反应完的甲烷，则其尾气主要成分可能有CH₄，CH₃Cl．
故选：a、b；
（5）A装置的浓硫酸起到干燥气体的作用，HCl气体极易溶于水，其他条件均不变，若去掉A装置，反应过程中HCl气体变会大部分溶于原气体所带的水，则D中所得盐酸的浓度将变小，或者由于水的存在，使得两种原反应气体混合不充分，对反应产生影响；原因可能是CH₄和Cl₂混合不均导致反应不充分或生成的HCl结合水蒸气形成液滴残留在硬质玻璃管中．
故答案为：变小，CH₄和Cl₂混合不均导致反应不充分或生成的HCl结合水蒸气形成液滴残留在硬质玻璃管中．

点评 本题考查甲烷的取代反应，并对实验过程进行分析，以及考查实验过程常见装置的作用．题目难度不大，是基础题．