2024年高考化学实验复习题及答案
19．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。某化学兴趣小组通过在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如图：
根据设计要求回答：
（1）C装置中CH4与Cl2生成一氯代物的化学反应方程式 CH4+Cl2
CH3Cl+HCl 。
（2）B装置有三种功能：①使气体混合均匀；② 干燥气体 ；③ 控制气流速度 。 （3）D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是吸收气体中的某成分，两者反应的化学方程式是 Cl2+2KI＝2KCl+I2 。
（4）E装置未直接用导管而改用球型干燥管的主要目的是 防倒吸 。
（5）E装置除生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出有机物的最佳方法为 分液 （填操作名称）。该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为 CH4、CH3Cl （填化学式）。
（6）将1 mol CH4与Cl2发生取代反应，测得4种有机取代产物的物质的量相等，则消耗的氯气的物质的量是 2.5mol 。
【分析】实验室用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下发生反应生成Cl2，Cl2经干燥后和甲烷在光照条件下发生取代反应，生成多种氯代烃和HCl，最后生成的HCl溶于水生成盐酸，分离有机物可用分液的方法；
（1）CH4与Cl2生成CH3Cl和HCl，据此写出化学方程式；
（2）浓硫酸可以干燥氯气和氯化氢，B装置有控制气流速度、均匀混合气体功能； （3）氯气能将碘化钾氧化为碘单质，据此写出化学方程式；
（4）装置中最后剩余的氯化氢气体需要吸收不能排放到空气中，氯化氢易溶于水需要防止倒吸；
（5）最后生成的HCl溶于水生成盐酸，与有机物可用分液的方法分离；尾气中含有一氯
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甲烷和有过量的甲烷；
（6）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）光照条件下，CH4与Cl2生成CH3Cl和HCl，化学方程式为CH4+Cl2CH3Cl+HCl，故答案为：CH4+Cl2
CH3Cl+HCl；
（2）生成的氯气中含有水，因浓硫酸具有吸水性，具有干燥作用，B装置除具有干燥作用之外，具有控制气流速度、均匀混合气体， 故答案为：②干燥气体；③控制气流速度；
（3）氯气具有氧化性，KI中﹣1价的碘能被氯气氧化，产物为氯化钾固体和碘单质，化学方程式为Cl2+2KI＝2KCl+I2，故答案为：Cl2+2KI＝2KCl+I2；
（4）装置中最后剩余的氯化氢气体需要吸收、不能排放到空气中，氯化氢易溶于水需要防止倒吸，即球型干燥管的主要作用是防倒吸，故答案为：防倒吸；
（5）Cl2和甲烷发生取代反应，生成CH3Cl（气体）、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，其中CH2Cl2、CHCl3、CCl4不溶于水，生成的HCl溶于水生成盐酸，分离CH2Cl2、CHCl3、CCl4和溶液可用分液方法，为防止尾气污染，需要进行尾气处理，尾气中气体为CH3Cl和过量的甲烷，故答案为：CH4、CH3Cl；
（6）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，故答案为：2.5。
【点评】本题考查氯气的制备以及甲烷与氯气的取代反应，掌握反应的原理、准确把握产物的判断是答题的关键，题目难度中等。
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