《2025年教材帮高中化学必修第二册人教版》

例25 [新趋势·烷烃性质综合性实验探究](2024福建厦门双十中学期中)某学习小组设计实验探究烷烃的某些性质，实验如下。回答下列问题：
Ⅰ. 烷烃可以发生取代反应。实验装置如图甲所示：

(1) B装置有三种功能：①使气体混合均匀；②干燥气体；③控制气体流速。
(2) 检测发现，E装置溶液中有Cl⁻出现，不能(填“能”或“不能”)证明甲烷与氯气发生了取代反应，原因是浓盐酸易挥发，挥发出的HCl进入E装置中电离出Cl⁻，且未反应的Cl₂也可进入E装置中与NaOH溶液反应生成Cl⁻。
(3) 若2mol CH₄与Cl₂在光照条件下发生取代反应，CH₄全部消耗完，测得生成CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃和CCl₄的物质的量之比为1:2:3:4，则消耗Cl₂的物质的量是6mol。
Ⅱ. 烷烃可以发生氧化反应。
将某烷烃X在足量氧气中完全燃烧后产生的气体(反应前后温度均高于100℃)全部通入如图乙所示装置，得到如表所示实验数据(已知U形管a中干燥剂只吸收水蒸气且产生的气体在相应装置中均被完全吸收)。


(4) 烷烃X的分子式为C₃H₈。
(5) 为确保测量的准确性，需要在U形管b后再连接一个盛有碱石灰的干燥管，目的是防止空气中的水蒸气和CO₂进入U形管b。

答案：
(1)控制气体流速
(2)不能 浓盐酸易挥发，挥发出的HCl进入E装置中电离出Cl⁻，且未反应的Cl₂也可进入E装置中与NaOH溶液反应生成Cl⁻
(3)6
(4)C₃H₈
(5)防止空气中的水蒸气和CO₂进入U形管b
解析▶
(1)通过观察B装置中气泡的产生速率可判断气体流速，因此B装置的功能之一为控制气体流速。
(2)浓盐酸易挥发，挥发出的HCl进入E装置中电离出Cl⁻，且未反应的Cl₂也可进入E装置中与NaOH溶液反应生成Cl⁻，因此检测到E装置溶液中含有Cl⁻不能证明甲烷与氯气发生了取代反应。
(3)设生成的CH₃Cl的物质的量为a mol，则CH₂Cl₂的物质的量为2a mol，CHCl₃的物质的量为3a mol，CCl₄的物质的量为4a mol，根据碳原子守恒可知，(a + 2a + 3a + 4a)mol = 2mol，解得a = 0.2，根据甲烷与氯气发生取代反应的特点可知，Cl₂ ~ CH₃Cl、2Cl₂ ~ CH₂Cl₂、3Cl₂ ~ CHCl₃、4Cl₂ ~ CCl₄，则消耗Cl₂的物质的量为(a + 2×2a + 3×3a + 4×4a)mol = 30a mol = 6mol。
(4)m(H₂O) = 30.8g - 29.0g = 1.8g，烷烃完全燃烧生成H₂O和CO₂，则m(CO₂) = 71.1g - 67.8g = 3.3g，烷烃的分子通式为CₙH₂ₙ+₂，根据碳、氢原子守恒可知，
$\frac{18×(\frac{2n + 2}{2})}{44n}$
=
$\frac{1.8g}{3.3g}$
，解得n = 3，故烷烃X的分子式为C₃H₈。
(5)为防止空气中的水蒸气和CO₂进入U形管b，造成实验误差，需要在U形管b后再连接一个盛有碱石灰的干燥管。
答案▶
(1)控制气体流速
(2)不能 浓盐酸易挥发，挥发出的HCl进入E装置中电离出Cl⁻，且未反应的Cl₂也可进入E装置中与NaOH溶液反应生成Cl⁻
(3)6
(4)C₃H₈
(5)防止空气中的水蒸气和CO₂进入U形管b