专题8 第一单元 第1课时　天然气的利用　甲烷 课时对点练（原卷版+解析版）2024-2025学年高一化学必修2（苏教版2019）

第一单元　化石燃料与有机化合物
第1课时　天然气的利用　甲烷
题组一　甲烷的组成与结构
1．下列关于甲烷的说法错误的是(　　)
A．分子式：CH4
B．可作为清洁燃料
C．球棍模型：
D．可使酸性KMnO4溶液褪色
2．下列关于甲烷的说法不正确的是(　　)
A．甲烷分子具有正四面体结构
B．甲烷是无色、无味的气体
C．甲烷是最简单的有机化合物
D．甲烷能使溴水褪色
3．下图是CH4、CCl4、CH3Cl分子的球棍模型，下列说法正确的是(　　)
A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构
B．CH4、CCl4都是正四面体结构
C．CH4和CCl4中的化学键完全相同
D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同
4．(2023·苏州高一期末)能证明CH4分子的空间结构为正四面体形而非平面正方形的事实是(　　)
A．CH2Cl2只有一种结构
B．CH3Cl分子只有一种结构
C．C原子距离四个H原子的距离一样
D．CH4分子中的四个碳氢键一样
题组二　甲烷的性质
5．“北溪”天然气管道是俄罗斯向欧洲输气的主要管道，天然气的主要成分——CH4，是一种会产生温室效应的气体，下列关于甲烷的叙述错误的是(　　)
A．通常情况下，甲烷与强酸、强碱、强氧化剂都不反应
B．甲烷的化学性质比较稳定，点燃前不必验纯
C．甲烷与氯气反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3或CCl4，都属于取代反应
D．甲烷的四种有机氯代产物都难溶于水
6．最新研究发现，火星大气层中含有甲烷。下列说法错误的是(　　)
A．甲烷是一种共价化合物
B．可燃冰释放出的气体中含有甲烷
C．甲烷能发生氧化反应和取代反应
D．等物质的量的CH4与Cl2在光照下的反应产物只有CH3Cl和HCl
7．下列有关甲烷取代反应的叙述正确的是(　　)
A．甲烷与氯气以物质的量之比为1∶1混合时只生成CH3Cl
B．甲烷与氯水在光照的条件下也能发生取代反应
C．甲烷与氯气的取代反应的产物为混合物
D．1 mol甲烷参加反应生成CCl4最多消耗2 mol氯气
8．(2023·南京高一检测)1 mol甲烷和1 mol氯气在光照条件下充分反应，产物中物质的量最多的是(　　)
A．CH3Cl B．HCl
C．CH2Cl2 D．CHCl3
9．我国是世界上第一个在海域成功试采可燃冰的国家，可燃冰主要含有甲烷水合物，用作燃料时反应的微观示意图如图，下列说法正确的是(　　)
A．可燃冰中只有甲烷
B．化学变化中原子数目变化
C．反应的化学方程式为CH4＋O2CO2＋H2O
D．反应前后的物质均由分子构成
10．将甲烷与一定量的氯气混合于一试管中，倒立于盛有饱和食盐水的水槽中(如图所示)，对于此反应，有关叙述不正确的是(　　)
A．该反应的生成物只有四种
B．该反应的条件是光照
C．该反应结束后试管内液面上升(冷却到室温)
D．该反应属于取代反应
11．以下关于甲烷的说法中，正确的是(　　)
①一氯甲烷分子具有四面体结构　②二氯甲烷有两种　③甲烷与Cl2在光照条件下发生取代反应，取代1 mol H需0.5 mol Cl2　④甲烷分子中四个C—H键，任意两个共价键之间的键角均相等
A．②③④ B．②③
C．①④ D．①③
12．鉴别甲烷、一氧化碳和氢气三种无色气体的方法是(　　)
A．通入溴水中→通入澄清石灰水中
B．点燃→罩上涂有澄清石灰水的烧杯
C．点燃→罩上干燥的冷烧杯→罩上涂有澄清石灰水的烧杯
D．点燃→罩上涂有澄清石灰水的烧杯→通入溴水中
13．标准状况下，44.8 L CH4与一定量Cl2在光照条件下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代产物的物质的量相等，则消耗Cl2的物质的量为(　　)
A．1 mol B．2 mol
C．4 mol D．5 mol
14.取一支硬质大试管，通过排饱和食盐水的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图)，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是(　　)
A．反应过程中试管内黄绿色逐渐消失，试管壁上有油珠产生
B．甲烷和Cl2反应后的产物有4种
C．盛放饱和食盐水的水槽底部不会有晶体析出
D．CH4和Cl2完全反应后液面上升，液体充满试管
15．如图所示，U形管的左端是被水和胶塞封闭的甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体，假设氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气混合气体的一端放置在有光的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。
(1)假设甲烷与氯气充分反应，且只产生一种有机物，请写出其化学方程式：______________。
(2)经过几个小时的反应后，U形管右端的液面变化是________(填字母)。
A．升高 B．降低
C．不变 D．无法确定
(3)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到的现象是__________________________。
(4)右端玻璃管的作用是__________________________________________________________。
16．(2022·山西运城高一联考)为了探究甲烷与氧化剂的反应，某同学设计如图实验方案。已知碳化铝(Al4C3)与水反应生成氢氧化铝和甲烷。
实验现象：溴水不褪色，无水硫酸铜变蓝色，澄清石灰水变浑浊。
回答下列问题：
(1)写出碳化铝与稀硫酸反应的化学方程式：________________________________________。
(2)加入药品前，应先进行的一步操作是____________________________________________。
(3)下列对实验中的有关现象与结论叙述都正确的是________(填字母)。
A．甲烷不能与溴水反应，推知甲烷不能与卤素单质反应
B．酸性高锰酸钾溶液不褪色，结论是通常情况下甲烷不能与强氧化剂反应
C．硬质玻璃管中黑色粉末无颜色变化，结论是甲烷不与氧化铜反应
D．硬质玻璃管中黑色粉末变红色，推断氧化铜与甲烷反应只生成水和二氧化碳
(4)经测定，甲烷与氧化铜反应时消耗1 mol甲烷转移7 mol电子，写出实验时硬质玻璃管中发生反应的化学方程式：________________________________________________________。
(5)集气瓶中排水法收集到的气体是__________。
(6)甲烷是一种重要的化工原料和新型燃料。写出用氢氧化钾溶液作电解质溶液时甲烷燃料电池的负极反应式：______________________________________________________________。
题组一　甲烷的组成与结构
1．下列关于甲烷的说法错误的是(　　)
A．分子式：CH4
B．可作为清洁燃料
C．球棍模型：
D．可使酸性KMnO4溶液褪色
答案　D
解析　甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水，不产生空气污染物，可作为清洁燃料，故B正确；甲烷为正四面体结构，碳原子的半径大于氢原子的半径，球棍模型为，故C正确；甲烷化学性质稳定，不能使酸性KMnO4溶液褪色，故D错误。
2．下列关于甲烷的说法不正确的是(　　)
A．甲烷分子具有正四面体结构
B．甲烷是无色、无味的气体
C．甲烷是最简单的有机化合物
D．甲烷能使溴水褪色
答案　D
解析　通常情况下，甲烷是一种无色、无味的气体，难溶于水，密度比空气小，故B正确；仅含碳氢单键的甲烷不能与溴水反应，溶液不会褪色，故D错误。
3．下图是CH4、CCl4、CH3Cl分子的球棍模型，下列说法正确的是(　　)
A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构
B．CH4、CCl4都是正四面体结构
C．CH4和CCl4中的化学键完全相同
D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同
答案　B
解析　CCl4与CH4的分子结构相似，为正四面体结构，CH3Cl中的C—H键和C—Cl键不同，不是正四面体结构，而是四面体结构。
4．(2023·苏州高一期末)能证明CH4分子的空间结构为正四面体形而非平面正方形的事实是(　　)
A．CH2Cl2只有一种结构
B．CH3Cl分子只有一种结构
C．C原子距离四个H原子的距离一样
D．CH4分子中的四个碳氢键一样
答案　A
解析　若CH4分子的空间结构为平面正方形，CH2Cl2应有2种结构，而实际上CH2Cl2只有一种结构，说明CH4分子的空间结构为正四面体形，故选A；无论CH4分子的空间结构为正四面体形还是平面正方形，CH3Cl分子都只有一种结构，C原子距离四个H原子的距离一样，CH4分子中的四个碳氢键一样，故不选B、C、D。
题组二　甲烷的性质
5．“北溪”天然气管道是俄罗斯向欧洲输气的主要管道，天然气的主要成分——CH4，是一种会产生温室效应的气体，下列关于甲烷的叙述错误的是(　　)
A．通常情况下，甲烷与强酸、强碱、强氧化剂都不反应
B．甲烷的化学性质比较稳定，点燃前不必验纯
C．甲烷与氯气反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3或CCl4，都属于取代反应
D．甲烷的四种有机氯代产物都难溶于水
答案　B
解析　通常情况下，CH4性质稳定，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，故A正确；可燃性气体在加热或点燃前都要验纯，以防发生爆炸，故B错误；CH4与Cl2的反应，每步都属于取代反应，故C正确；CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均难溶于水，故D正确。
6．最新研究发现，火星大气层中含有甲烷。下列说法错误的是(　　)
A．甲烷是一种共价化合物
B．可燃冰释放出的气体中含有甲烷
C．甲烷能发生氧化反应和取代反应
D．等物质的量的CH4与Cl2在光照下的反应产物只有CH3Cl和HCl
答案　D
解析　甲烷是由碳元素和氢元素组成的共价化合物，A项正确；可燃冰是由水和甲烷在高压、低温条件下形成的类冰状结晶物质，可燃冰释放出的气体为甲烷，B项正确；等物质的量的CH4和Cl2在光照下发生取代反应，属于连锁反应，生成4种氯代产物，同时生成HCl，D项错误。
7．下列有关甲烷取代反应的叙述正确的是(　　)
A．甲烷与氯气以物质的量之比为1∶1混合时只生成CH3Cl
B．甲烷与氯水在光照的条件下也能发生取代反应
C．甲烷与氯气的取代反应的产物为混合物
D．1 mol甲烷参加反应生成CCl4最多消耗2 mol氯气
答案　C
解析　甲烷与氯气以物质的量之比为1∶1混合时，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等，故A错误；甲烷与氯气的取代反应的产物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl的混合物，故C正确；1 mol甲烷参加反应生成CCl4最多消耗4 mol氯气，故D错误。
8．(2023·南京高一检测)1 mol甲烷和1 mol氯气在光照条件下充分反应，产物中物质的量最多的是(　　)
A．CH3Cl B．HCl
C．CH2Cl2 D．CHCl3
答案　B
解析　甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应，可生成有机物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，每一步反应都生成HCl，所以生成物中物质的量最多的是HCl，故B正确。
9．我国是世界上第一个在海域成功试采可燃冰的国家，可燃冰主要含有甲烷水合物，用作燃料时反应的微观示意图如图，下列说法正确的是(　　)
A．可燃冰中只有甲烷
B．化学变化中原子数目变化
C．反应的化学方程式为CH4＋O2CO2＋H2O
D．反应前后的物质均由分子构成
答案　D
解析　A项，可燃冰主要含甲烷水合物，为混合物，故不符合题意；C项，反应的化学方程式应为CH4＋2O2CO2＋2H2O，故不符合题意；B项，由反应的方程式可知：化学变化中原子数目没有变化，故不符合题意；D项，反应前后的物质均由分子构成，故符合题意。
10．将甲烷与一定量的氯气混合于一试管中，倒立于盛有饱和食盐水的水槽中(如图所示)，对于此反应，有关叙述不正确的是(　　)
A．该反应的生成物只有四种
B．该反应的条件是光照
C．该反应结束后试管内液面上升(冷却到室温)
D．该反应属于取代反应
答案　A
解析　甲烷和氯气反应的生成物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢5种，故A错误；该反应氯气中的氯原子取代了甲烷中的氢原子，属于取代反应，反应条件是光照，故B、D正确；该反应生成了液态的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳，使气体的量减少，且生成的氯化氢气体极易溶于水，试管内压强减小，液面上升(冷却到室温)，故C正确。
11．以下关于甲烷的说法中，正确的是(　　)
①一氯甲烷分子具有四面体结构　②二氯甲烷有两种　③甲烷与Cl2在光照条件下发生取代反应，取代1 mol H需0.5 mol Cl2　④甲烷分子中四个C—H键，任意两个共价键之间的键角均相等
A．②③④ B．②③
C．①④ D．①③
答案　C
解析　一氯甲烷分子为甲烷中一个H原子被Cl取代，CH3Cl的结构不对称，为四面体结构，故①正确；甲烷为正四面体结构，所以二氯甲烷只有一种，故②错误；甲烷与氯气发生一氯取代的化学方程式为CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，取代1 mol H需1 mol Cl2，故③错误；甲烷分子中四个碳氢键完全相同，任意两个碳氢键之间的键角均相等，故④正确。
12．鉴别甲烷、一氧化碳和氢气三种无色气体的方法是(　　)
A．通入溴水中→通入澄清石灰水中
B．点燃→罩上涂有澄清石灰水的烧杯
C．点燃→罩上干燥的冷烧杯→罩上涂有澄清石灰水的烧杯
D．点燃→罩上涂有澄清石灰水的烧杯→通入溴水中
答案　C
13．标准状况下，44.8 L CH4与一定量Cl2在光照条件下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代产物的物质的量相等，则消耗Cl2的物质的量为(　　)
A．1 mol B．2 mol
C．4 mol D．5 mol
答案　D
解析　标准状况下，44.8 L CH4的物质的量为2 mol，2 mol甲烷完全与氯气发生取代反应，生成相同物质的量的四种取代物，所以每种取代物的物质的量是0.5 mol，在甲烷和氯气的取代反应中，被取代的氢原子的物质的量与消耗的氯气的物质的量相等，所以生成0.5 mol一氯甲烷需要0.5 mol氯气，生成0.5 mol二氯甲烷需要1 mol氯气，生成0.5 mol三氯甲烷需要1.5 mol氯气，生成0.5 mol四氯化碳需要2 mol氯气，所以总共消耗氯气的物质的量为0.5 mol＋1 mol＋1.5 mol＋2 mol＝5 mol。
14.取一支硬质大试管，通过排饱和食盐水的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图)，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是(　　)
A．反应过程中试管内黄绿色逐渐消失，试管壁上有油珠产生
B．甲烷和Cl2反应后的产物有4种
C．盛放饱和食盐水的水槽底部不会有晶体析出
D．CH4和Cl2完全反应后液面上升，液体充满试管
答案　A
解析　Cl2被消耗后，黄绿色消失，生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为油状液体，所以试管壁上有油珠产生，A项正确；CH4与Cl2反应生成4种有机物和1种无机物，共有5种产物，B项错误；CH4与Cl2反应生成HCl，HCl溶于饱和食盐水会有NaCl晶体析出，C项错误；取代产物CH2Cl2、CHCl3、CCl4是油状液体，而CH3Cl是气体，不溶于饱和食盐水，故液体不会充满试管，D项错误。
15．如图所示，U形管的左端是被水和胶塞封闭的甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体，假设氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气混合气体的一端放置在有光的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。
(1)假设甲烷与氯气充分反应，且只产生一种有机物，请写出其化学方程式：______________。
(2)经过几个小时的反应后，U形管右端的液面变化是________(填字母)。
A．升高 B．降低
C．不变 D．无法确定
(3)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到的现象是__________________________。
(4)右端玻璃管的作用是__________________________________________________________。
答案　(1)CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl　(2)B　(3)有白色胶状沉淀生成　(4)平衡气压
解析　(1)因CH4和Cl2的体积之比为1∶4，若充分反应且只产生一种有机物，则CH4中的四个H原子可完全被取代，生成CCl4和HCl。(2)甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应生成的一氯甲烷为不溶于水的气体，其他三种有机产物均为油状液体，且生成的氯化氢气体易溶于水，故甲烷和氯气的反应为气体的物质的量减少的反应，会导致U形管右端液面降低，左端液面升高。(3)因U形管左侧生成的HCl溶于水后发生反应：2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl，所以会观察到U形管左端有白色胶状沉淀生成。(4)在U形管右侧插入一支玻璃管的目的是连通大气，平衡气压。
16．(2022·山西运城高一联考)为了探究甲烷与氧化剂的反应，某同学设计如图实验方案。已知碳化铝(Al4C3)与水反应生成氢氧化铝和甲烷。
实验现象：溴水不褪色，无水硫酸铜变蓝色，澄清石灰水变浑浊。
回答下列问题：
(1)写出碳化铝与稀硫酸反应的化学方程式：________________________________________。
(2)加入药品前，应先进行的一步操作是____________________________________________。
(3)下列对实验中的有关现象与结论叙述都正确的是________(填字母)。
A．甲烷不能与溴水反应，推知甲烷不能与卤素单质反应
B．酸性高锰酸钾溶液不褪色，结论是通常情况下甲烷不能与强氧化剂反应
C．硬质玻璃管中黑色粉末无颜色变化，结论是甲烷不与氧化铜反应
D．硬质玻璃管中黑色粉末变红色，推断氧化铜与甲烷反应只生成水和二氧化碳
(4)经测定，甲烷与氧化铜反应时消耗1 mol甲烷转移7 mol电子，写出实验时硬质玻璃管中发生反应的化学方程式：________________________________________________________。
(5)集气瓶中排水法收集到的气体是__________。
(6)甲烷是一种重要的化工原料和新型燃料。写出用氢氧化钾溶液作电解质溶液时甲烷燃料电池的负极反应式：______________________________________________________________。
答案　(1)Al4C3＋6H2SO4===2Al2(SO4)3＋3CH4↑　(2)检查装置气密性　(3)B　(4)2CH4＋7CuO7Cu＋CO＋CO2＋4H2O　(5)CH4、CO(写上CO2不算错)　(6)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O