高中化学 第3章 有机化合物 第1节 最简单的有机化合物-甲烷 课时1 甲烷学业分层测评 新人教版必

课时1 甲烷
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．下列叙述中属于烃的是( )
A．只含有碳元素的物质
B．含有碳元素和氢元素的物质
C．仅含有碳元素和氢元素的物质
D．燃烧后生成二氧化碳和水的物质
【答案】 C
2．在我国的南海、东海海底已发现天然气(含甲烷等)的水合物，它易燃烧，外形似冰，被称为“可燃冰”。

“可燃冰”的开采，有助于解决人类面临的能源危机。

下列说法正确的是( )
①甲烷属于烃类②在相同条件下甲烷的密度大于空气③甲烷难溶于水④可燃冰是一种极具潜力的能源
A．①②③B．②③④
C．①③④ D．①②④
【解析】甲烷是最简单的烃，难溶于水，因其相对分子质量为16，故相同条件下密度小于空气，甲烷燃烧放出较多的热量且产物为CO2和H2O，所以可燃冰是一种极具潜力的能源，因此C正确。

【答案】 C
3．以下关于甲烷的说法中错误的是( )
A．甲烷分子是由极性键构成的分子
B．甲烷分子具有正四面体结构
C．甲烷分子中四个C—H是完全等同的键
D．甲烷分子中具有非极性键
【解析】甲烷分子的正四面体结构中，四个键的长度、角度相等，四个氢原子的位置
一样，分子中的C—H为极性键。

【答案】 D
4．若甲烷与氯气以物质的量之比1∶3混合，在光照下得到的有机产物：①CH3Cl，②CH2Cl2，③CHCl3，④CCl4，其中正确的是( )
A只有①B．只有③
C．①②③的混合物D．①②③④的混合物
【解析】CH4与Cl2在光照条件的反应均为可逆反应，可得到4种有机产物。

【答案】 D
5．(2016·昆明高一检测)为验证甲烷分子中含有C、H两种元素，可将其燃烧产物通过①浓硫酸；②澄清石灰水；③无水硫酸铜。

正确的顺序是( )
A．①②③ B．②③
C．②③① D．③②
【解析】要证明CH4中含有C、H两种元素，可通过验证其燃烧产物为CO2和H2O来证明，选②、③，检验时应先检验H2O后检验CO2，故顺序为③②。

【答案】 D
6．鉴别甲烷、一氧化碳和氢气3种无色气体的方法，是将它们( )
A．先后通入溴水和澄清石灰水
B．点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯
C．点燃，先后罩上干燥的冷烧杯和涂有澄清石灰水的烧杯
D．点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯，通入溴水
【解析】CH4、CO和H2与溴水、澄清石灰水都不反应，A项不可选。

CH4和CO燃烧都生成CO2，B、D项不可选。

干冷的烧杯可检验燃烧产物中是否有水生成，涂澄清石灰水的烧杯可检验燃烧产物是否有CO2生成。

【答案】 C
7．把纯净的甲烷和氯气混合于集气瓶中，用玻璃片盖住瓶口，放在光亮的地方，片刻后移动玻璃片，留一条缝，此时观察到的现象有：①发生爆炸；②瓶口有白雾；③瓶内气体颜色变浅；④瓶内有油状物。

其中正确的是( )
【导学号：12150061】A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
【解析】CH4和Cl2在光照条件下生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，随着
反应的进行，Cl2不断被消耗，黄绿色逐渐消失，又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为无色液体，故瓶壁上有油状液滴生成，所生成的HCl遇空气中的水分形成白雾，故②③④正确；因为不是强光照射，混合物不会发生爆炸，故①不正确。

【答案】 B
8．下列反应不属于取代反应的为( )
【答案】 C
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气体点燃，将燃烧后的气体通过A、B两个洗气瓶。

试根据实验现象回答下列问题：
(1)若A洗气瓶的质量增加，B洗气瓶的质量不变，则X气体是________。

(2)若A洗气瓶的质量不变，B洗气瓶的质量增加，则X气体是________。

(3)若A、B两个洗气瓶的质量都增加，则X气体可能是________。

【解析】写出三种气体燃烧反应的化学方程式，然后根据浓硫酸吸水，澄清石灰水吸收CO2可得：(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，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两瓶质量都增加，说明气体X燃烧产物既有H2O又有CO2，故X气体为不确定成分。

它可以是CH4，也可以是以下组合：H2与CO；H2与CH4；CO与CH4；H2与CO和CH4。

【答案】(1)H2(2)CO (3)CH4或H2和CO或H2和CH4或CO和CH4或H2和CO与CH4 10．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，针管放在光亮处一段时间。

(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)甲管中发生化学反应的类型为________。

(3)反应后，甲管中剩余气体能用下列试剂吸收的是________。

A ．水
B ．NaOH 溶液
C ．AgNO 3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AgNO 3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】 在光照条件下，甲烷与氯气发生反应：CH 4＋Cl 2――→光
CH 3Cl ＋HCl ，CH 3Cl ＋Cl 2――→光CH 2Cl 2＋HCl ，CH 2Cl 2＋Cl 2――→光CHCl 3＋HCl ，CHCl 3＋Cl 2――→光
CCl 4＋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，反应后仍有氯气剩余，为黄绿色。

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)甲烷分子中的四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剩余气体。

(4)生成的HCl 会与AgNO 3溶液反应生成AgCl 白色沉淀，同时因CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4难溶于水而看到液体分为两层，因Cl 2有剩余，若加入几滴石蕊，溶液会先变红后褪色。

【答案】 (1)②③ (2)取代反应 (3)B
(4)液体分为两层，产生白色沉淀 溶液先变红后褪色
[能力提升]
11．下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是( )
A ．甲烷与氯气的物质的量之比为1∶1，混合发生取代反应只生成CH 3Cl
B ．甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中CH 3Cl 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CCl 4最多消耗2 mol 氯气
【解析】 甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步，四种有机物都会产生，
故得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确；甲烷与氯气的反应中每取代1 mol氢原子，消耗1 mol氯气，生成1 mol HCl，故产物中HCl最多，B错误；1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol 氯气，D错误。

【答案】 C
12．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，其理由是( )
【导学号：12150062】A．CHCl3只有一种结构
B．CH2Cl2只有一种结构
C．CH4分子受热分解
D．CH4的四个价键的长度和强度都相等
【解析】CH4无论是正四面体结构还是平面正方形结构，都符合选项A、C、D的说法，故不能用选项A、C、D来确定CH4是何种结构；若CH4是平面正方形结构，则CH2Cl2有如下
两种结构：，而CH4为正四面体结构时，CH2Cl2就只有一种结构。

因此可由CH2Cl2只有一种结构推知CH4为正四面体结构。

【答案】 B
13．(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____________，其立体构型为________。

(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。

【解析】(1)该烃的物质的量为n＝2.8 L/22.4 L·mol－1＝0.125 mol，该烃的摩尔质量M＝2 g/0.125 mol＝16 g·mol－1,1 mol该烃中含氢原子的物质的量为n(H)＝16 g×25%÷1
g·mol－1＝4 mol，含碳原子的物质的量为n(C)＝16 g×1－25%
12 g·mol－1
＝1 mol，所以分子式为CH4。

(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。

【答案】 (1) 正四面体结构 (2)
14．如图所示，U 形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(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。

将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。

(1)假设甲烷与氯气反应充分，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 形管右端的水柱变化是________。

A ．升高
B ．降低
C ．不变
D ．无法确定
(3)若水中含有Na 2SiO 3，则在U 形管左端会观察到____________________。

【解析】 (1)V (CH 4)∶V (Cl 2)＝1∶4，且只生成一种有机物，故有机产物为CCl 4。

(2)发生取代反应生成的HCl 易溶于水，氯代物中只有CH 3Cl 为气体，其他为液体，因此U 形管左侧压强减小，左侧液面上升，右侧液面下降。

(3)左侧生成的HCl 溶于水后发生反应2HCl ＋Na 2SiO 3===H 2SiO 3↓＋2NaCl ，所以会观察到有白色胶状沉淀生成。

【答案】 (1)CH 4＋4Cl 2――→光照
CCl 4＋4HCl
(2)B (3)有白色沉淀生成。