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第三章 有机化合物
第一节 最简单的有机化合物——甲烷
第1课时 甲烷的性质
1.下列关于甲烷的说法正确的是( )
A.实验室可以用排水法收集甲烷
B.只有纯净的甲烷在空气中能安静地燃烧
C.甲烷与氯水能发生取代反应
D.甲烷在空气中燃烧只生成二氧化碳和水
解析:只要不在爆炸范围内,甲烷在空气中都可以安静地燃烧;甲烷与氯气在光照的条件下发生取代反应;甲烷不完全燃烧时,产物中有一氧化碳。
答案:A
2.某校化学兴趣小组的同学将等体积的甲烷与氯气混合于一集气瓶中,用玻璃片盖严后置于光亮处,一段时间后不可能观察到的现象是( )
A.集气瓶中气体的黄绿色逐渐变浅
B.集气瓶内壁上有油状液滴附着
C.集气瓶底部出现黑色颗粒
D.取下玻璃片,可能会看到白雾
解析:甲烷与氯气在光照条件下生成四种氯代甲烷和氯化氢,其中有三种液体,氯化氢遇到水蒸气会出现白雾;但甲烷在该条件下不会分解。
答案:C
3.(2013·广东河源高一检测)下列各图均能表示甲烷的分子结构,哪一种更能反映其真实存在状况( )
A.Ⅰ B.Ⅱ C.Ⅲ D.Ⅳ
解析:这几种形式都可表示甲烷这种物质,其中分子结构示意图、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的空间构型,但其中比例模型更能形象地表达出H、C的位置及所占比例。电子式只反映原子的最外层电子的成键情况。
答案:D
4.甲烷与氯气反应可得到的有机取代产物有:①CH3Cl、②CH2Cl2、③CHCl3、④CCl4,若将甲烷与氯气以物质的量之比1∶3混合,在光照下充分反应后得到的有机取代产物为( )
A.只有① B.只有③
C.①②③ D.①②③④
解析:甲烷与氯气发生取代反应一定得到四种氯代烃。
答案:D
5.(2013·广东茂名高一检测)有机物分子里的原子(或原子团)被其他原子 (或原子团)所替代的反应叫做取代反应,下列反应中属于取代反应的是( )
A.AgNO3+HClAgCl↓+HNO3
B.CH4+2O2CO2+2H2O
C.CH2Br2+Cl2CHClBr2+HCl
D.CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O
解析:A反应不是有机反应,不是取代反应;B反应为CH4的燃烧,是氧化反应,而D反应中没有原子或原子团被替代,故B、D也不是取代反应。
答案:C
6.将标准状况下的11.2 L甲烷和22.4 L氧气混合点燃,恢复到原状况后,气体的体积为( )
A.11.2 L B.22.4 L C.33.6 L D.44.8 L
解析:CH4+2O2CO2+2H2O,因11.2 L甲烷与22.4 L氧气恰好完全反应生成11.2 L的CO2气体,标准状况下H2O不是气体。
答案:A
7.一定体积的甲烷在一定量O2中燃烧后得到的产物为CO、CO2和水蒸气,测得混合气体的质量为49.6 g,将混合气体缓慢经过无水CaCl2时,CaCl2质量增加25.2 g,则原混合气体中CO2的质量为( )
A.12.5 g B.13.2 g C.19.7 g D.24.4 g
解析:CaCl2吸收水蒸气,生成H2O 25.2 g,即生成1.4 mol H2O;根据氢原子守恒,可得CH4为0.7 mol;再根据碳原子守恒,可得CO和CO2共0.7 mol,可得44 g·mol-1×n(CO2)+28 g·mol-1×[0.7 mol-n(CO2)]=49.6 g-25.2 g,可得n(CO2)=0.3 mol,m(CO2)=13.2 g。
答案:B
8.如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲管中注入10 mL CH4,同温、同压下乙管中注入50 mL Cl2,将乙管气体推入甲管中,气体在甲管中反应,针管用日光照射一段时间。
(1)下列是某同学预测的实验现象:
①气体最终变为无色;②实验过程中,甲管活塞向内移动;③甲管内壁有油珠;④产生火花。其中正确的是 。
(2)甲管中发生的化学反应类型为 。
(3)反应后,甲管中剩余气体能用下列试剂吸收的是 。
A.水 B.氢氧化钠溶液
C.硝酸银溶液 D.饱和食盐水
(4)反应后,若将甲管中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到 ,若再向其中滴入几滴石蕊试液,又观察到 。
解析:在光照下,甲烷与氯气发生连锁反应:CH4+Cl2CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl,CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl,CHCl3+Cl2CCl4+HCl。(1)理论上,甲烷与氯气体积比为1∶4 时二者恰好完全反应,而该针管里氯气与甲烷体积比为5∶1>4∶1,说明氯气过量,最终气体中仍有氯气。该反应进行缓慢,不会产生火花。产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体,所以气体的总物质的量减小,内部压强减小,甲管活塞向内移动。(2)甲烷分子中的4个氢原子可被氯原子逐一取代,故甲管中发生的是取代反应。(3)剩余气体中含有氯气和氯化氢,可用氢氧化钠溶液吸收。(4)生成的HCl会与AgNO3反应生成AgCl白色沉淀,同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水而看到液体分为两层,若加入几滴石蕊,溶液会变红。
答案:(1)②③ (2)取代反应 (3)B (4)液体分为两层,产生白色沉淀 溶液变红
9.如图所示,某气体X可能由H2、CO、CH4中的一种或几种组成。将X气体燃烧,把燃烧后生成的气体通过A、B两个洗气瓶。试回答下列问题:
(1)若A洗气瓶的质量增加,B洗气瓶的质量不变,则气体X是 。
(2)若A洗气瓶的质量不变,B洗气瓶的质量增加,则气体X是 。
(3)若A、B两个洗气瓶的质量都增加,则气体X可能是 。
解析:此题主要考查根据洗气瓶质量的变化,确定原气体X的成分。
2H2+O22H2O,2CO+O22CO2,CH4+2O2CO2+2H2O,由A瓶中浓硫酸只吸收水,B瓶中石灰水只吸收CO2得:
(1)若A瓶质量增加,B瓶质量不变,说明气体X燃烧只生成水,故X为H2。
(2)若A瓶质量不变,B瓶质量增加,说明气体X燃烧只有CO2生成,故X为CO。
(3)若A、B两瓶质量均增加,说明气体X的燃烧产物既有H2O又有CO2,故X气体成分不确定。它可以是CH4或以下组合:H2、CO;H2、CH4;CO、CH4;H2、CO、CH4。
答案:(1)H2 (2)CO (3)CH4或H2、CO或H2、CH4或CO、CH4或H2、CO、CH4
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第2课时 烷烃
1.下列说法中错误的是( )
①化学性质相似的有机物是同系物
②分子组成相差一个或几个CH2原子团的有机物是同系物
③若烃中碳、氢元素的质量分数相同,它们必定是同系物
④互为同分异构体的两种有机物的物理性质有差别,但化学性质必定相似
A.①②③④ B.只有②③
C.只有③④ D.①②③
解析:结构相似,在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物,二者同时满足才是同系物关系。
答案:A
2.下列有关烷烃的叙述中,错误的是( )
A.在烷烃分子中,所有的化学键都为单键
B.所有的烷烃在光照条件下都能与Cl2发生取代反应
C.烷烃的分子通式为CnH2n+2,符合该通式的烃不一定是烷烃
D.随着碳原子数的增加,烷烃的熔、沸点逐渐升高
解析:烷烃分子的化学键为碳氢键和碳碳单键;烷烃的特征反应是在光照条件下都能与气态卤素单质发生取代反应;符合通式CnH2n+2的烃一定是烷烃;随着碳原子数的增加,烷烃的相对分子质量增加,分子间的作用力增大,熔、沸点逐渐升高。
答案:C
3.由沸点数据:甲烷-146 ℃,乙烷-89 ℃,正丁烷-0.5 ℃,可以判断丙烷的沸点可能是( )
A.高于-0.5 ℃ B.约是+30 ℃
C.约是-40 ℃ D.低于-89 ℃
解析:不同碳原子数的烷烃,其沸点随碳原子数的增多而逐渐升高,故丙烷的沸点高于-89 ℃,低于-0.5 ℃,C正确。
答案:C
4.进行一氯取代后,只生成三种沸点不同的产物的烷烃是( )
A.(CH3)2CHCH2CH2CH3
B.(CH3CH2)2CHCH3
C.(CH3)2CHCH(CH3)2
D.(CH3)3CCH2CH3
解析:A~D分子中的等效H原子分别有5、4、2、3种,则进行一氯取代后,生成的一氯取代物分别为5、4、2、3种。
答案:D
5.25 ℃时某气态烃与O2混合充入密闭容器中,点燃爆炸后又恢复至25 ℃,此时容器内压强为原来的,再经NaOH溶液处理,容器内几乎成为真空。该烃的化学式为( )
A.CH4 B.C2H6
C.C3H8 D.C4H10
解析:最终容器内几乎成为真空,表明气态烃与O2恰好完全反应,容器内压强为原来的,表明生成CO2的体积为原混合气体的,利用化学方程式:CxHy+(x+)O2xCO2+H2O,由在相同条件下反应前后压强之比等于反应前后气体物质的量之比得:,解得y=4(2x-1),讨论:当x=1时,y=4;x=2时,y=12,舍去;x=3时,y=20,舍去,故选A。
答案:A
6.燃烧0.1 mol两种气态烃的混合物,生成3.58 L CO2(标准状况)和3.6 g H2O,则混合气体中( )
A.一定有甲烷
B.一定有乙烷
C.一定无甲烷
D.一定有丙烷
解析:生成n(CO2)==0.16 mol,生成n(H2O)==0.2 mol,因此两种气态烃的平均组成为C1.6H4,根据混合物的平均组成可知,碳原子组成小于1.6的烃只有甲烷,而另一种烃是氢原子数必为4,碳原子数大于或等于2的气态烃。
答案:A
7.由CO、CH4、C2H6组成的混合气体8.96 L(标准状况),在足量O2中充分燃烧后,生成气体先通过足量浓硫酸,再通过足量NaOH溶液,测知NaOH溶液质量增加26.4 g,则原混合气体中乙烷的物质的量为( )
A.小于0.1 mol
B.大于或等于0.1 mol,小于0.2 mol
C.一定等于0.2 mol
D.大于0.2 mol,小于0.3 mol
解析:1 mol CO或CH4完全燃烧,产生1 mol CO2;1 mol C2H6完全燃烧产生2 mol CO2,由0.4 mol混合气体可得0.6 mol CO2,根据差量法可求得C2H6为0.2 mol。
答案:C
8.有下列各组物质:
AH与H B.甲烷和己烷
C.红磷和白磷 D.丁烷和环丁烷
E.和
F.和
其中:(1)属于同分异构体的是 ;(2)属于饱和烃的是 ;(3)属于同位素的是 ;(4)属于同素异形体的是 ;(5)属于同一种物质的是 。
解析H与H的质子数相同,中子数不同,是氢的两种同位素;红磷和白磷都是由磷元素组成的单质,它们是同素异形体;丁烷和环丁烷的分子结构中虽然相差2个H原子,但其中的C原子都连有4个单键,它们都是饱和烃;E中的两个结构简式相同,所以它们是同一种物质;F中两物质的分子式都为C6H14,但它们的结构不同,它们互为同分异构体。
答案:(1)F (2)BDEF (3)A (4)C (5)E
9.烷烃分子可看成由—CH3、—CH2—、和结构组成。如果某烷烃分子中同时存在这4种基团,所含碳原子数又最少,这种烃分子应含 个碳原子,其结构简式可能为 或 或 。
解析:若想4种基团都存在,则至少有一个—CH2—、一个和一个,三者相连后再连上—CH3。其推断流程如下:
若烷烃中存在4种基团,且碳原子数最少
—CH2—、
、各一个
、、
、
、
答案:8
10.已知某烷烃分子中电子数为42。
(1)该烷烃的分子式为 。
(2)写出该烷烃分子所有的同分异构体的结构简式: 。
(3)上述同分异构体中,在相同条件下沸点最低的是 。(写结构简式)
解析:(1)烷烃分子通式为CnH2n+2,则其分子中电子数6n+(2n+2)=42,n=5,该烷烃分子式为C5H12。
(2)烷烃C5H12有三种同分异构体,其结构简式分别为CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、
、。
(3)烷烃分子中,碳原子数相同时,所带支链越多,其沸点越低,因此烷烃C5H12的三种同分异构体中,的沸点最低。
答案:(1)C5H12
(2)CH3—CH2—CH2—CH2—CH3、
、
(3)
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