第一节 认识有机化合物
课时2 烷烃的性质
(一)基础巩固
1.煤矿瓦斯爆炸往往与甲烷有关,下列叙述中错误的是 ( )
A.点燃甲烷不必事先进行验纯
B.甲烷燃烧放出大量的热,所以是一种很好的气体燃料
C.煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火,以防爆炸事故的发生
D.点燃混有空气的甲烷不一定会爆炸
答案:A
2.(2024·广东深圳高一期中)下列关于有机化合物的叙述中错误的是 ( )
A.正丁烷的沸点比异丁烷的沸点高
B.分子中只含碳、氢两种元素的有机化合物称为烷烃
C.有机化合物中,碳原子之间可以形成单键、双键或三键
D.异丁烷的一氯代物有2种
解析:正丁烷和异丁烷的碳原子数相同,支链越多的其沸点越低,即正丁烷比异丁烷沸点高,A项正确;分子中只含碳、氢两种元素的有机化合物不一定为烷烃,也可能为不饱和烃,B项错误;有机化合物中,碳原子可以与氢原子以单键相连,碳原子之间可以形成单键、双键或三键,C项正确;异丁烷的结构简式为(CH3)3CH,其一氯代物有2种:(CH3)3CCl、(CH3)2CHCH2Cl,D项正确。
答案:B
3.下列反应属于取代反应的是 ( )
A.CH4C+2H2
B.2HI+Cl22HCl+I2
C.CH4+2O2CO2+2H2O
D.CH4+Cl2CH3Cl+HCl
答案:D
4.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中正确的是 ( )
A.此反应无光照也可发生
B.CH4与Cl2反应后的产物只有CH3Cl和HCl
C.试管内壁出现油状液滴
D.CH4与Cl2完全反应后液面上升,液体充满试管
答案:C
5.下列有关烷烃的叙述中错误的是 ( )
A.烷烃几乎不溶于水
B.所有的烷烃在光照条件下都能与Cl2发生取代反应
C.链状烷烃的分子通式为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,烷烃的熔点、沸点逐渐升高
解析:烷烃不溶于水,A项正确;烷烃在光照条件下都能与Cl2发生取代反应,这是烷烃的特征反应,B项正确;由于链状烷烃分子的通式CnH2n+2中的氢原子已达饱和,所以符合CnH2n+2的有机化合物只可能为烷烃,C项错误;随着碳原子数的增加,烷烃的相对分子质量增大,分子间作用力增大,其熔点、沸点逐渐升高,D项正确。
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,恰好完全反应后恢复到原状况,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.(2024·河北邢台高一月考)将1 mol CH4与2 mol Cl2充分混合后置于光亮(避免阳光直射)处进行充分反应。下列有关说法错误的是 ( )
A.生成的有机化合物均不溶于水
B.CH4与Cl2发生的反应为取代反应
C.反应产物中CH3Cl的含量最多
D.将生成的气体溶于水后,溶液呈酸性
解析:CH4与Cl2发生取代反应,生成的有机化合物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水,A项正确;CH4与Cl2发生取代反应,B项正确;CH4与Cl2发生取代反应,生成有机化合物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4,同时生成HCl,反应产物中HCl的含量最多,C项错误;反应生成HCl气体,溶于水后,溶液呈酸性,D项正确。
答案:C
(二)拓展提高
8.将1 mol甲烷与适量的Cl2混合后光照,充分反应后生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次增大0.1 mol,则参加反应的Cl2的物质的量为 ( )
A.1.5 mol B.3 mol
C.4.5 mol D.6 mol
解析:解答此题宜用原子守恒法。CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4中的碳原子都是从CH4中来的,故这四种取代物共1 mol,设CH3Cl物质的量为x,则x+(x+0.1 mol)+(x+0.2 mol)+(x+0.3 mol)=1 mol,得x=0.1 mol,即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次为0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol,含氯原子的物质的量共为0.1 mol×1+0.2 mol×2+
0.3 mol×3+0.4 mol×4=3 mol,而一个氯气分子中只有一个氯原子参加取代反应,因此消耗的Cl2也为3 mol。
答案:B
9.(2024·山东聊城第一中学高一期中)与无机化合物相比,有机化合物的组成元素并不复杂,但化合物数量众多,性质各异。烃类物质是整个有机化学的基础,请根据要求回答下列问题。
(1)2023年7月12日,装配我国完全自主研发、具备自主知识产权的液氧甲烷低温发动机的朱雀二号运载火箭发射成功。甲烷的空间结构为 ,下列最能体现其真实结构的是 。
a.结构式 b.电子式
c.球棍模型 d.空间填充模型
(2)1 mol甲烷与氯气发生取代反应,待反应完全后,测得四种产物的物质的量相等,其中俗称氯仿的产物是 (写化学式),消耗氯气的物质的量是 。
(3)0.1 mol某烷烃完全燃烧,燃烧产物依次通过浓硫酸、浓氢氧化钠溶液,实验结束后,称得浓硫酸增重10.8 g,浓NaOH溶液增重22 g。则该烷烃的化学式为 ,其中一氯代物只有一种的结构简式为 。
解析: (1)甲烷的空间结构为正四面体;最能体现其真实结构的是空间填充模型。(2)CHCl3俗称氯仿;四种产物的物质的量相等,均为0.25 mol,每取代1个氢原子消耗1分子氯气,消耗氯气的物质的量是0.25 mol×(1+2+3+4)=
2.5 mol。(3)浓硫酸增重10.8 g为水的质量,浓NaOH溶液增重22 g为二氧化碳的质量,则n(H2O)==0.6 mol,n(H)=1.2 mol,则1 mol该烷烃中含有 12 mol 氢原子;22 g二氧化碳的物质的量n(CO2)==
0.5 mol,n(C)=0.5 mol,则1 mol该烷烃中含有5 mol碳原子,所以该烷烃的分子式为C5H12。满足一氯代物只有一种的该烷烃的结构简式为。
答案: (1)正四面体 d
(2)CHCl3 2.5 mol
(3)C5H12
(三)挑战创新
10.(2022·广东珠海)某同学探究甲烷与氧化剂反应,设计如图所示实验。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)加入试剂前,应先进行的一步操作是 。
(3)经测定,甲烷与氧化铜反应时每消耗1 mol甲烷转移电子7 mol,写出实验时硬质玻璃管中发生反应的化学方程式: 。
(4)下列对实验中的有关现象与结论叙述正确的是 (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,结论是通常条件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,结论是甲烷不能与氧化铜反应
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
(5)集气瓶中用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时甲烷燃料电池的正极电极反应: 。
解析: (1)碳化铝(Al4C3)与水反应生成氢氧化铝和甲烷,碳化铝与稀硫酸反应可理解为碳化铝(Al4C3)与水反应,产物再与稀硫酸反应,所以产物为硫酸铝和甲烷,反应方程式为Al4C3+6H2SO42Al2(SO4)3+3CH4↑。
(2)该装置中要制取气体,并验证其性质,加入试剂前,应先进行的一步操作是检查装置的气密性。
(3)甲烷中碳元素化合价为-4价,甲烷与氧化铜反应,碳元素化合价升高,1 mol CH4失去7 mol电子,则 2 mol CH4失去14 mol电子,反应消耗7 mol CuO,故CH4与CuO反应的物质的量之比为2∶7。根据原子守恒、电子守恒,可得硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为2CH4+7CuO7Cu+CO+CO2+4H2O。
(4)A项,甲烷不能与溴水反应,但甲烷能与卤素单质发生取代反应,错误;B项,由于酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性,甲烷不能使其褪色,说明在通常条件下,甲烷不能与强氧化剂发生反应,正确;C项,当少量甲烷参加反应,硬质试管中的黑色粉末为氧化铜和少量铜的混合物,也可能为氧化亚铜,黑色粉末也会无明显颜色变化,因此不能得出甲烷不与氧化铜反应的结论,错误;D项,当氧化铜与甲烷反应生成水、二氧化碳和一氧化碳时,硬质试管中黑色粉末也能变红色,因此不能说明两者反应只生成水和二氧化碳,错误。
(5)制取的CH4在硬质玻璃管中与CuO发生反应2CH4+7CuO7Cu+CO+CO2+4H2O,反应产生的CO2与澄清石灰水发生反应产生CaCO3沉淀,可能未反应的CH4及反应产生的CO气体不能溶解,被用排水的方法收集在集气瓶中,故集气瓶中用排水法收集到的气体是CO或CH4、CO。
(6)用氢氧化钾溶液作电解质时,在甲烷燃料电池中通入甲烷的电极为负极,甲烷失去电子后与K+结合生成K2CO3,通入O2的电极为正极,正极上O2得到电子被还原成OH-,故该燃料电池的正极电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-。
答案: (1)Al4C3+6H2SO42Al2(SO4)3+3CH4↑
(2)检查装置的气密性
(3)2CH4+7CuO7Cu+CO+CO2+4H2O
(4)B (5)CO(或CO、CH4)
(6)O2+4e-+2H2O4OH-
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第七章 有机化合物
课堂建构
物理通性
无色、难溶于水
熔点、沸点、密度随
烷烃
碳原子数增加而升高
C、H
CnH2n+2
饱和
化学性质
通常情况下性质稳定
氧化反应：燃烧
分解反应：高温
取代反应：光照
