Question

（2010?厦门二模）某研究小组为了探究甲烷和氯气反应的情况，设计了几个实验，请填空：
【实验一】用如图所示装置，收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照后观察到量筒内形成一段水柱，认为有氯化氢生成．
（1）该反应的反应类型为

取代反应

；
（2）该反应的化学方程式为

CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl

；（只写第一步）
（3）水槽中盛放的液体应为

C

；（填标号）
A．水    B．饱和石灰水
C．饱和食盐水D．饱和NaHCO，溶液
【实验二】收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照反应后，滴加AgNO₃溶液，看到有白色沉淀生成，认为有氯化氢生成．
（4）该实验设计的错误之处

氯水中加入AgNO₃溶液也会产生白色沉淀

；
【实验三】
步骤一：收集半试管氯气，加入10mL蒸馏水，充分振荡，采用DIS系统的pH传感器测溶液的pH（下同）．测得pH=3.26．
步骤二：收集一试管甲烷和氯气的混合气体（各占50%），在90W的日光灯下光照6min后，加入10mL蒸馏水，充分振荡，测得pH=1.00．
（5）判断该反应中有氯化氢生成的依据是

步骤二测得的pH值比步骤一测得的pH值低

．
（6）假设氯气完全参与反应，且不考虑氯气溶解于水．往反应后的溶液中加水稀释到100.00mL，分别取20.00mL稀释液，以K₂CrO₇为指示剂，用浓度为0.01mol?L^-1的AgNO₃溶液滴定溶液中的Cl^-，滴定终点时消耗AgNO₃溶液的体积平均为10.00mL，则试管中原有氯气在标准状况下的体积为

11.2

mL；
步骤三：用5支试管充满甲烷和氯气的混合气体（各占50%），分别放在40W的日光灯下光照不同时间后，加入10mL蒸馏水，充分振荡，测得pH如下表：

编号	1	2	3	4	5
光照时间	2min	4min	6min	8min	10min
反应后pH	1.86	1.62	1.00	1.00	1.00

（7）该实验可得到结论：

相同条件下，一定时间内，甲烷与氯气反应的光照时间越长，甲烷取代反应的转化率越高或6分钟后甲烷与氯气的取代反应达到平衡

；
步骤四：探究不同光照条件对甲烷与氯气反应速率的影响．
（8）试设计一个可行的实验方案：

用5支充满甲烷和氯气的混合气体（各占50%），分别放在不同功率的日光灯下光照相同时间后，加入l0mL蒸馏水，充分振荡，测pH

．

Answer 1

分析：（1）根据甲烷和氯气发生反应，甲烷分子中的氢原子被氯原子取代判断；
（2）甲烷和氯气发生反应，甲烷分子中的氢原子被氯原子取代，生成HCl和CH₃Cl；
（3）氯气能和水反应生成盐酸和次氯酸；
（4）根据氯水的成分进行解答；
（5）如果步骤二中没有生成HCl，那么pH也应该是3.26，．现在pH变小，说明生成的HCl溶于水导致pH变小；
（6）根据甲烷和氯气反应的原理，每1mol氯气参加反应生成1mol氯化氢，据此分析解答；
（7）由表中数据可知时间越长，溶液的PH越小，生成的HCl越多；
（8）探究不同光照条件对甲烷与氯气反应速率的影响，则可以改变日光灯的功率．

解答：解：（1）甲烷和氯气发生反应，甲烷分子中的氢原子被氯原子取代，所以属于取代反应，故答案为：取代反应；
（2）甲烷与氯气在光照下发生取代反应，甲烷分子中的氢原子被氯气分子中的氯原子取代，生成一氯甲烷和氯化氢，其反应方程式为：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl，
故答案为：CH₄+Cl₂

光照

CH₃Cl+HCl；
（3）Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度较小，所以防止氯气和水反应，水槽中盛放的液体最好为饱和食盐水，
故答案为：C；
（4）氯水中存在化学平衡：Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO；次氯酸是弱电解质，溶液中存在三种分子：Cl₂、HClO、H₂O；四种离子：H⁺、Cl^-、ClO^-、OH^-（少量），所以当氯水中加入AgNO₃溶液时会发生Ag⁺+Cl^-=AgCl↓产生白色沉淀，
故答案为：氯水中加入AgNO₃溶液也会产生白色沉淀；
（5）步骤一：氯气溶于水后，Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO生成盐酸，其pH为3.26，步骤二：pH=1.00，比3.26小，说明除了氯气溶于水生成盐酸外还有别的反应产生HCl，
故答案为：步骤二测得的pH值比步骤一测得的pH值低；
（6）取20.00mL稀释液，加入10.00mL浓度为0.01mol?L^-1的AgNO₃溶液恰好完全反应，参加反应的银离子的物质的量为1×10^-4mol，根据方程式 Ag⁺+Cl^-=AgCl↓则100.00mL溶液中含氯离子5×10^-4mol，根据甲烷和氯气反应的原理，每1mol氯气参加反应生成1mol氯化氢，则试管中原有氯气为5×10^-4mol，在标准状况下的体积为5×10^-4mol×22.4L/mol═1.12×10^-2L=11.2mL，故答案为：11.2；
（7）由表中数据可知时间越长，溶液的PH越小，生成的HCl越多，所以相同条件下，一定时间内，甲烷与氯气反应的光照时间越长，甲烷取代反应的转化率越高或6分钟后甲烷与氯气的取代反应达到平衡，
故答案为：相同条件下，一定时间内，甲烷与氯气反应的光照时间越长，甲烷取代反应的转化率越高或6分钟后甲烷与氯气的取代反应达到平衡；
（8）探究不同光照条件对甲烷与氯气反应速率的影响，则可以改变日光灯的功率，所以用5支充满甲烷和氯气的混合气体（各占50%），分别放在不同功率的日光灯下光照相同时间后，加入l0mL蒸馏水，充分振荡，测pH，
故答案为：用5支充满甲烷和氯气的混合气体（各占50%），分别放在不同功率的日光灯下光照相同时间后，加入l0mL蒸馏水，充分振荡，测pH．

点评：本题主要考查了甲烷的取代反应、氯气和水反应，掌握甲烷的化学性质是解答本题的关键，题目难度中等．