第1课时甲烷的性质专项讲练

第1课时甲烷的性质专项讲练
　　　　　　　　　　　　　　　
1．下列各种物质中属于有机物的是(　　)
A．金刚石 B．碳酸钠 C．酒精 D．碳酸
答案　C
解析　有机物指的是绝大多数含碳元素的化合物。组成有机物的元素除碳外，通常还有氢、氧、氮、硫、卤素、磷等。但对于碳氧化合物、碳酸及其盐、硫氰化物等少数含碳化合物，由于其组成与性质都跟无机物相似，故仍属无机物。故“有机物中一定含有碳元素，但含有碳元素的物质不一定是有机物”。
2．如果使0.5 mol甲烷完全跟Cl2发生取代反应并生成等物质的量的四种氯代物，则需要消耗氯气________mol。
答案　1.25
解析　解法一：原子守恒法：CH3Cl，CH2Cl2，CHCl3，CCl4中的碳原子都是从CH4中来的，故这四种氯代物共0.5 mol，每种氯代物均为0.125 mol，含Cl原子的物质的量为0.125 mol×1＋0.125 mol×2＋0.125 mol×3＋0.125 mol×4＝1.25 mol。而一个Cl2分子中只有一个Cl原子参加反应，因此消耗的Cl2的物质的量也为1.25 mol。
解法二：关系式法：若生成等物质的量的四种氯代物，由CH4和Cl2反应的化学方程式：
CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl
CH4＋2Cl2CH2Cl2＋2HCl
CH4＋3Cl2CHCl3＋3HCl
CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl
可得总关系式：
4CH4～10Cl2
4 mol　10 mol
0．5 mol　x
＝，
解得x＝1.25 mol。
3．如下图所示，U型管的左端被水和胶塞封闭，内有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭且内有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在有光的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。
(1)假设甲烷与氯气均完全反应，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：________________________________________________________________________。
(2)经过几个小时的反应后，U型管右端的玻璃管中水柱变化是________(填字母序号)。
A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定
(3)试解释U型管右端的玻璃管中水柱变化的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl　(2)B
(3)CH4和Cl2完全反应，气体物质的量减少，且生成的HCl溶于水，U形管左端压强减小
解析　在V(CH4)∶V(Cl2)＝1∶4，且只有一种产物生成时，CH4被完全取代生成CCl4；左侧气体物质的量减小，且生成的HCl易溶于水，压强减小，则玻璃管中水柱降低。
课时训练
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．已知天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应，前者大。下面是有关天然气的几种叙述，其中正确的是(　　)
①天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源　②等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大　③燃烧天然气也是酸雨的成因之一
A．①②③ B．只有① C．①和② D．只有③
答案　C
解析　天然气作为能源的特点是高效、低耗、污染小，①正确；等物质的量的CH4比CO2产生的温室效应大，当质量相等时，CH4的物质的量大，故温室效应更大；酸雨的成因是氮和硫的氧化物，与CO2无关。
2．下列分子具有正四面体结构的是(　　)
答案　AD
解析　CH4为正四面体结构，若其中4个H原子完全被四个其他相同原子取代，所得的分子也为正四面体结构。
3．在标准状况下，11.2 L甲烷和22.4 L氧气混合后点燃，恢复到原状况时，气体的体积共(　　)
A．11.2 L B．22.4 L C．33.6 L D．44.8 L
答案　A
解析　甲烷燃烧的化学方程式为CH4＋2O2CO2＋2H2O，当温度超过100℃时(即水为气态)，反应前后气体体积不变。而在标准状况下，水是液态，11.2 L甲烷与22.4 L氧气恰好完全反应，最后只剩下二氧化碳，其体积为11.2 L。
4．当空气中混有5%～15.4%的甲烷时，点燃会发生爆炸，当爆炸最强烈时，甲烷的含量为(　　)
A．9.1% B．10.5% C．10% D．5%
答案　A
解析　当甲烷与空气中的氧气恰好反应时，爆炸最强烈。由CH4＋2O2CO2＋2H2O及O2在空气中的体积分数为20%，可知：甲烷的含量为×100%＝9.1%。
5.
如图所示，集气瓶内充满某混合气体，置于光亮处，将滴管内的水挤入集气瓶后，烧杯中的水会进入集气瓶，集气瓶内的气体是(　　)
① CO、O2　② Cl2、CH4　③ NO2、O2 ④ N2、H2
A．①② B．②④ C．③④ D．②③
答案　D
解析　①中CO与O2不发生反应，且都不与水反应，不会使瓶内压强减少；②中CH4与Cl2发生反应，生成易溶于水的HCl和一些油状液体，使瓶内压强减少；③中NO2与水发生反应，使瓶内压强减小；④N2与H2通常情况下不会发生反应，且都不与水反应，瓶中压强不变，故D项正确。
6．下列叙述错误的是(　　)
A．通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、 强氧化剂不起反应
B．甲烷化学性质比较稳定，不能被任何氧化剂氧化
C．甲烷跟氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4，都属于取代反应
D．甲烷的四种取代物都难溶于水
答案　B
解析　CH4的性质比较稳定，通常情况下，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，而不是不能被任何氧化剂氧化，A正确，B错误；CH4在光照条件下与Cl2发生取代反应，生成4种有机产物，它们是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，且均难溶于水，故C、D均正确。
7．若甲烷与氯气以物质的量之比1∶1混合，在光照下得到的取代产物是(　　)
①CH3Cl ②CH2Cl2 ③CHCl3 ④CCl4
A．只有①　　　　　　　　　 B．只有③
C．①②③的混合物 D．①②③④的混合物
答案　D
解析　甲烷和氯气在光照下发生的四步取代反应是连锁反应，反应进行到哪一步不是由反应物甲烷和氯气的物质的量之比来决定的。即使是甲烷和氯气的物质的量之比是1∶1的情况，也不会仅发生CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl这样一种取代反应，因为一旦生成CH3Cl后，CH3Cl分子中的氢原子又可继续被氯原子取代，因此其产物不是纯净的CH3Cl，而是四种取代产物的混合物。
8．甲烷在不同条件下有两种热解反应： ①CH4(g)C(s)＋2H2(g)；②2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)。现将两份标准状况下等体积的甲烷分别通入两个容积可变的密闭容器中，按①式和②式热解，待完全反应后，恢复至标准状况，则两容器中气体体积关系正确的是(　　)
A．①和②相等 B．①小于②
C．①大于② D．无法判断
答案　A
解析　本题是从气体体积变化的角度来考查甲烷的热解反应。反应①生成物C为固体，所以反应后的气体体积为反应前的2倍，反应②的生成物全为气体，反应后的气体体积也为反应前的2倍，也就是两个反应前后的气体体积比均为1∶2，等体积的甲烷发生反应①和反应②后得到的气体体积相等。
9．甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．CH3Cl只有一种空间结构 B．CH2Cl2只有一种空间结构
C．CHCl3只有一种空间结构 D．CCl4是非极性分子
答案　B
解析　如果甲烷是正方形的平面结构，则CH2Cl2分子中五个原子必在同一平面上，它有两种不同结构：与，而实际上CH2Cl2只有一种结构。
10．1 mol CH4与Cl2发生取代反应，待反应完成后测得四种有机取代产物的物质的量相等，则消耗的Cl2为________mol，被氯原子取代的氢原子有________mol。其中碳含量最小的有机物是________。
答案　2.5 　2.5 　CCl4
解析　因为CH4与Cl2发生取代反应生成的4种取代产物中的碳原子均来自于CH4，由碳原子守恒可知，共生成1 mol 取代产物，且每一种取代产物物质的量均为0.25 mol。由于CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4分子中的氯原子均来自Cl2，由CH4和Cl2反应的方程式知共耗Cl2；0.25 mol＋0.25 mol×2＋0.25 mol×3＋0.25 mol×4＝2.5 mol。Cl2中的Cl进入有机物，故n(H)取代＝n(Cl2)＝2.5 mol。碳含量最小的有机物是CCl4。
11．有一种无色混合气体可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl中的一种或几种组成。
①将此混合气体通过浓硫酸，气体总体积基本不变；
②再通过少量澄清石灰水，最终无沉淀生成，但气体总体积减小；
③把剩余气体在供氧的情况下引燃，燃烧产物不能使无水硫酸铜变色。
则原混合气体中符合条件的可能气体组合为________________________________________________________________________。
答案　HCl与CO或CO与CO2或CO、CO2与HCl
解析　由①可知一定不含NH3；由②可知一定含有HCl或CO2中的至少一种；由③可知一定不含CH4、H2，一定含CO。故原混合气体可能是HCl与CO或CO与CO2或CO、CO2与HCl。
12．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。某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：
根据设计要求回答：
(1)B装置有三种功能：①控制气流速度；②均匀混合气体；③________。
(2)设V(Cl2)/V(CH4)＝x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应________。
(3)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)E装置的作用是________(填编号)。
A．收集气体 B．吸收氯气 C．防止倒吸 D．吸收氯化氢
(5)在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式： ___________________________________________。
(6)E装置除生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为________。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____________________________________________________________________(填编号)。
a．CH4　b．CH3Cl　c．CH2Cl2　d．CHCl3　e．CCl4
答案　(1)干燥混合气体　(2)大于或等于4
(3)吸收过量的氯气　(4)CD
(5)CH4＋2Cl2C＋4HCl　　(6)分液　ab
解析　(1)B装置的三种功能：①控制气流速度，从而达到合适的反应比例。②均匀混合气体，便于后续实验；③干燥混合气体，以利于C中反应的发生。
(2)当反应：CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl时生成HCl气体最多，所以要保证＝x≥4。
(3)KI能吸收多余的Cl2，反应的化学方程式为Cl2＋2KI===2KCl＋I2。
(4)E装置既吸收反应生成的HCl气体，同时还防止倒吸。
(5)据信息知黑色小颗粒应为碳粉，故据原子守恒应为：
CH4＋2Cl2C＋4HCl。
（6）分离难溶于水溶液的油状液体可用分液法。