苏教版高中化学必修第2册课后习题 专题8 第一单元 第1课时 天然气的利用 甲烷

专题8有机化合物的获得与应用
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
课后篇素养形成
合格考达标练
1.下列化合物中不属于烷烃的是( )
A.C6H14
B.C4H10
C.C3H6
D.C12H26
C n H2n+2,选项中符合烷烃通式的是C6H14、C4H10、C12H26,C3H6不符合,答案选C。

2.一种称为“摇头丸”的毒品严重损害吸毒者的身心健康,司法机关予以坚决查缉和打击,其主要成分的结构如下:
它属于( )
A.烃
B.无机化合物
C.有机化合物
D.烷烃
C、H、N三种元素,属于有机化合物,但不是烃,更
不可能是烷烃。

3.烷烃分子中的碳原子与其他原子的结合方式是( )
A.通过两个共价键
B.通过离子键
C.形成四对共用电子对
D.通过离子键和共价键
,在反应中不易得电子或失电子
形成离子,通常通过共价键与其他原子结合。

烷烃中碳原子与其他原子可
形成四对共用电子对,故C正确。

4.下列说法错误的是( )
A.甲烷分子为正四面体结构
B.甲烷分子的球棍模型:
C.甲烷属于共价化合物
D.甲烷分子中四个C—H键完全相同
,A正确;B项为甲烷分子的空间填充模型,错误;1个甲烷分子中含有4个碳氢键,均为共价键,甲烷属于共价化合物,C正确;甲烷分子中四个碳氢键都相同,D正确。

5.下列五种物质:①CO2、②CHCl3、③CH4、④CCl4、⑤P4,其结构为正四面体形结构的是( )
A.①②③
B.③④⑤
C.②③④
D.①④⑤
CH4、CCl4和P4为正四面体形结构,CO2为直线形,CHCl3呈四面体形,但不是正四面体形,答案选B。

6.实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。

光照下反应一段时间后,下列装置示意图中能正确反映实验现象的是( )
,生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl,试管内压强减小,外压大于内压,试管内液面升高,且试管内出现白雾和油状液滴,综合上述分析,D项正确。

7.下列说法正确的是( )
A.1H、2H、3H互为同素异形体
B.O2、O3互为同位素
C.HClO和H—O—Cl为两种物质
D.CH4和CH3CH3互为同系物
中三者互为同位素,错误;B中二者互为同素异形体,错误;C中为次氯酸的分子式和结构式,为同一种物质,错误;D中甲烷和乙烷互为同系物,正确。

8.下列各物质:①O2和O3②12C和14C
③C2H6和C3H8
④和
(1)互为同位素的是。

(2)互为同素异形体的是。

(3)同属于烷烃的是。

(4)互为同系物的是。

②(2)①(3)③④(4)③
解析O2或O3是氧元素构成的不同单质,属于同素异形体;12C和14C是同种元素的不同原子,属于同位素;C2H6和C3H8都是烷烃,相差一个“CH2”原子团,
二者互为同系物;和分子式相同,都是烷烃。

9.某气态烃在标准状况下的密度为2.59 g·L-1
(1)其摩尔质量为。

(2)该烃的含碳量为82.8%,则分子中碳、氢原子的个数比是,分子式是。

(3)可能的结构简式为。

-1(2)2∶5 C
4H10
(3)CH3CH2CH2CH3、
-1×22.4L·mol-1≈58g·mol-1。

(2)N(C)∶N(H)=82.8%
12∶1-82.8%
1
≈2∶5,则烃的最简式为C2H5。

设其分子
式为(C2H5)x,则有(12×2+5)x=58,x=2,所以烃的分子式为C4H10。

(3)可能的结构简式为CH3CH2CH2CH3(正丁烷)、(异丁烷)。

等级考提升练
10.下列有关甲烷的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.甲烷与氯气反应生成的产物中CH3Cl的量最多
C.甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物
D.1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯气
CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3
和CCl4,不能得到纯净的CH3Cl,A错误,C正确;甲烷与氯气的反应中每取代
1molH,消耗1molCl2,生成1molHCl,故产物中HCl的量最多,B错
误;1molCH4生成CCl4最多消耗4molCl2,D错误。

11.在烷烃分子中,每增加一个碳原子,每摩尔该烷烃完全燃烧需要多消耗氧气( )
A.1 mol
B.1.5 mol
C.2 mol
D.2.5 mol
,每增加一个碳原子,即增加一个“CH2”原子团,完全燃烧时,多消耗1.5molO2。

12.下列关于CH4和的叙述不正确的是( )
A.均能用组成通式C n H2n+2来表示
B.二者均为烷烃
C.分子中的碳原子可能共平面
D.二者互为同系物
解析因二者均为烷烃,都符合通式C n H2n+2,A、B正确;根据甲烷的正四面体结构,分子中间碳原子连接3个碳和一个氢,呈四面体形结构,则四个碳原子不可能共平面,C错误;二者均为烷烃,结构相似,分子式相差3个“CH2”原子团,二者互为同系物,D正确。

13.某兴趣小组在实验室中模拟利用甲烷和氯气发生取代反应制取副产品盐酸,设计如图装置,下列说法错误的是( )
A.实验时先点燃A处酒精灯再通甲烷
B.装置B有均匀混合气体、控制气流速度、干燥混合气体等作用
C.从D中分离出盐酸的方法为过滤
D.装置C经过一段时间的漫射光照射后,生成的有机化合物有4种
CH4是可燃性气体,加热前需保证整个装置中的空气排空,故要先制备氯气将空气排空,再通入甲烷,故实验时先点燃A处酒精灯,当观察到D中充满黄绿色气体时再通甲烷,A正确;B装置除具有控制气流速度、均
匀混合气体之外,因浓硫酸具有吸水性,还具有干燥作用,B正确;D装置中除了有盐酸生成外,还含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳,二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水,能分层,可采用分液的方式分离开,盐酸溶于水,不能通过过滤的方法分离开,C错误;装置C经过一段时间的漫射光照射后,甲烷和氯气发生取代反应,生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状液体,只有一氯甲烷是气体,生成4种有机化合物,D正确。

14.下列事实中能证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构的是( )
A.甲烷性质稳定,通常情况下不与强酸、强碱、氧化剂反应
B.甲烷分子中的四个氢原子都能被氯取代
C.甲烷的一氯代物只有一种
D.甲烷的二氯代物只有一种
C—H键长较短,键能较大,难破坏,A项错误;甲烷不论何种结构,其分子中的四个氢原子都能被氯取代,B项错误;如果甲烷是平面结构,其一氯代物也只有一种,C项错误;如果甲烷是平面结构,其二氯代物有两种结构,而甲烷的二氯代物只有一种,可以证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构,D项正确。

15.如图为部分烃的球棍模型(小球代表氢原子,大球代表碳原子),请回答:
(1)写出Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的结构简
式: 、、、。

(2)Ⅰ分子呈形结构,两碳氢键之间夹角
为。

(3)Ⅰ和Ⅱ(填“是”或“不是”)同系物。

答案(1)CH3CH3CH3—CH2—CH2—CH3
CH3—CH2—CH2—CH2—CH3
(2)正四面体109°28'
(3)是
CH4,Ⅱ为CH3—CH3,Ⅲ为
CH3—CH2—CH2—CH3,Ⅳ为
,Ⅴ为CH3—CH2—CH2—CH2—CH3。

CH4分子为正四面体形结构,键和键之间的夹角为109°28'。

CH4和CH3CH3是同系物。

16.某研究性学习小组为了验证CH4是否具有还原性,设计了如下实验:
(1)实验过程中观察到无水CuSO4逐渐变蓝,澄清石灰水出现浑浊现象,则CH4与CuO反应的化学方程式为。

(2)研究小组将CH4通入溴水时,发现溴水逐渐褪色,你认为原因可能是。

请设计一个实验方案证明你的结论(用文字表示,不必画实验装置图):。

答案(1)CH4+4CuO CO2+4Cu+2H2O
(2)溴单质与甲烷发生了取代反应用pH试纸检验反应前后溶液的pH,如果pH明显变小,则表明二者发生了取代反应(或溴单质被甲烷气体带走用pH试纸检验反应前后溶液的pH,如果pH没有明显变化,则表明溴单质被甲烷气体带走)
解析
(1)无水CuSO 4逐渐变蓝,说明有水生成;澄清石灰水变浑浊,说明有二氧化碳生成,根据原子守恒,CH 4与CuO 反应的化学方程式为CH 4+4CuO CO 2+4Cu+2H 2O 。

(2)CH 4通入溴水时,发现溴水逐渐褪色,说明溴发生了反应或溴被甲烷气体带走,因甲烷为饱和烃,所以溴单质可能与甲烷发生了取代反应或溴单质被甲烷气体带走。

若发生取代反应,必有溴化氢生成,用pH 试纸检验反应前后溶液的pH,如果pH 明显变小,则表明二者可能发生了取代反应;若溴单质被甲烷气体带走,用pH 试纸检验反应前后溶液的pH,pH 没有明显变化。

17.(1)某气态烃在标准状况下的体积为2.8 L,其质量为2 g,该烃中氢元素的质量分数为25%,则该烃的分子式为 ,电子式为 ,结构式为 ,其空间结构为 。

(2)如图,立方体中心的“·”表示甲烷分子中的碳原子,请在立方体的顶点用“·”表示出与之紧邻的4个氢原子的位置。

答案(1)CH 4 H ··
C
··
H
··H
··
H
正四面体形
(2)或
=0.125mol,该烃的摩尔质量该烃的物质的量为n=2.8L
22.4L·mol-1
=16g·mol-1;1mol该烃中含氢原子的物质的量为
M=2g
0.125mol
n(H)=16g×25%
=4mol;1mol该烃中含碳原子的物质的量为
1g·mol-1
=1mol,所以分子式为CH4。

n(C)=16g×(1-25%)
12g·mol-1
(2)CH4分子是以碳原子为中心的正四面体结构,在立方体中互不相邻的四个顶点即构成正四面体结构。

18.如图是某同学利用注射器设计简易实验装置。

甲中注入10 mL CH4,同温同压下乙中注入50 mL Cl2,将乙中气体推入甲中,用日光照射一段时间,气体在甲中反应。

(1)下列是某同学预测的实验现象:
①气体最终变为红色;②实验过程中,甲中活塞向内移动;③甲中内壁有油珠;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,甲中剩余气体能用下列试剂吸收的是(填字母)。

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溶液,又观察
到。

②③(2)取代反应(3)B (4)液体分为两层,产生AgCl白色沉淀溶液先变红后褪色
解析在光照条件下,甲烷与氯气发生连锁反应:CH4+Cl2
CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl,CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl,CHCl3+Cl2 CCl4+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,而甲中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。

反应进行过程中不会产生火花。

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,甲中活塞向内移动。

(2)甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代,故甲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剩余气体。

(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,因Cl2有剩余,加入几滴石蕊溶液,溶液先变红后褪色。

新情境创新练
19.可燃冰属于甲烷的水合物,其结构如图所示。

可燃冰燃烧后几乎不产生任何残渣,污染比煤、石油、天然气都要小得多。

7月,中国海域可燃冰首次试开采圆满成功,取得了持续产气时间最长、产气总量最大、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果,创造了产气时长和总量的世界纪录。

(1)下列说法正确的是(填字母)
A.可燃冰中CH4与H2O以共价键的形式相结合
B.使用可燃冰时应注意安全
C.甲烷的一氯代物、三氯代物和四氯代物都是正四面体
D.空间填充模型为的有机化合物在光照条件下能与溴蒸气发
生取代反应
(2)甲烷的电子式为 。

在一定条件下,8 g 甲烷气体充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水放出450 kJ 的热量,则该反应的热化学方程式为。

(3)下列叙述不正确的是 。

A.CH 4与C 4H 10互为同系物 B.C 4H 10有2种同分异构体
C.烷烃的取代反应很难得到纯净物
D.烷烃分子中,相邻的三个碳原子可能在同一条直线上
(2)H ··
C
··
H
··H
··
H
CH 4(g)+2O 2(g)CO 2(g)+2H 2O(l) ΔH=-900
kJ·mol -1
(3)D
解析(1)CH 4与H 2O 以分子间作用力结合在一起形成可燃冰,A 项错误;CH 4易燃、易爆,所以使用过程中要注意安全,B 项正确;CH 3Cl 、CHCl 3是四面体结构但不是正四面体结构,CCl 4为正四面体结构,C 项错误;该有机化合物
的结构简式为,属于烷烃,其性质与CH 4相似,所以该有机化
合物在光照条件下能与溴蒸气发生取代反应,D 项正确。

(2)甲烷的分子式为CH 4,为共价化合物,因碳原子最外层有4个电子,氢原子最外层有1个电子,一个碳原子可形成4对共用电子对,所以电子式
为H ··C
··
H
··H
··
H;8 g
甲烷充分燃烧生成CO 2和液态水,放出450 kJ 热量,16 g
即1 mol CH 4充分燃烧生成CO 2和液态水,放出900 kJ 热量,则该反应的热化学方程式为CH 4(g)+2O 2(g)
CO 2(g)+2H 2O(l) ΔH=-900 kJ·mol -1。

(3)CH 4与C 4H 10均为烷烃,互为同系物,故A 正确;C 4H 10有正丁烷、异丁烷2种同分异构体,故B 正确;烷烃的取代反应产物复杂,很难得到纯净物,故C 正确;烷烃中碳原子均为四面体结构,则只有2个碳原子共直线,相邻的三个碳原子可能共平面,故D 错误。