高中化学 3.1.1 天然气的利用 甲烷课时训练 苏教版必

天然气的利用 甲烷 踩点训练
1．2013年8月31日，第十二届全运会在辽宁举行，此次火炬的燃料采用优质的天然气，天然气的主要成分是甲烷。

下列关于甲烷的说法正确的是( )
A ．实验室可以用排水法收集甲烷
B ．只有纯净甲烷在空气中安静燃烧
C ．甲烷与氯水发生取代反应
D ．甲烷在空气中燃烧只生成二氧化碳和水
【解析】 甲烷难溶于水，可以用排水法收集，A 项正确；甲烷与空气的混合物中甲烷的体积分数只要在爆炸极限之外，甲烷就能安静燃烧，B 项错误；甲烷与卤素单质发生取代反应的条件是光照，甲烷不能与氯水反应，C 项错误；在氧气不足条件下，甲烷燃烧会生成一氧化碳和水，D 项错误。

【答案】 A
2．有机物中的烃是________的化合物( )
A ．含有碳元素
B ．含有碳元素和氢元素
C ．仅含有碳元素和氢元素
D ．燃烧后生成二氧化碳和水
【解析】 仅含有碳元素和氢元素的有机物叫烃，烃燃烧后生成CO 2 和H 2O ，但烃的含氧衍生物(C x H y O x )燃烧也生成CO 2和H 2O ，故只有C 正确。

【答案】 C
3．为验证甲烷分子中含有碳氢两种元素，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CH 4中含有碳、氢两种元素，可通过证明CO 2和H 2O 的存在来证明，可选择②和③，但应注意检验的先后顺序，即先证明水后证明CO 2。

【答案】 D
4．关于取代反应和置换反应的下列说法中，正确的是( )
A ．取代反应和置换反应中一定都有单质生成
B ．取代反应和置换反应一定都属于氧化还原反应
C ．取代反应大多是可逆的，反应速率慢，而置换反应一般是单向进行的，反应速率快
D ．取代反应和置换反应的产物都是唯一的，不会有多种产物并存的现象
【解析】 取代反应的生成物中不一定有单质；取代反应中替换的原子或原子团的电性相同时应属非氧化还原反应，电性相反时应属氧化还原反应；取代反应是逐步进行的，因而生成物中可能会存在多种取代产物并存的现象。

【答案】 C
5．下列叙述正确的是( )
A ．分子式相同的物质一定是同种物质
B ．通式相同的不同物质一定是同系物
C ．分子式相同的不同物质一定是同分异构体
D ．相对分子质量相同的不同物质一定是同分异构体
【解析】 分子式相同的物质，结构不一定相同，所以不一定是同种物质；通式相同的不同物质不一定是同系物，也可能是同分异构体或是其他关系；相对分子质量相同，分子式不一定相同，如NO 和C 2H 6等，因此不一定是同分异构体。

故C 正确，D 错误。

【答案】 C
6．下列反应属于取代反应的是( )
A ．CH 4――→高温C ＋2H 2
B ．2HI ＋Cl 2===2HCl ＋I 2
C ．CH 4＋2O 2――→点燃CO 2＋2H 2O
D ．C 2H 6＋Cl 2――→光C 2H 5Cl ＋HCl
【解析】 A 为分解反应，B 为置换反应，C 为氧化反应，都不为取代反应；D 属于取代反应。

【答案】 D
7．在光照条件下，将1 mol CH 4与1 mol Cl 2混合充分反应后，得到的产物是( )
A ．CH 3Cl HCl
B ．CCl 4 HCl
C ．CH 3Cl CH 2Cl
D ．CH 3Cl CH 2Cl 2 CHCl 3 CCl 4 HCl
【解析】 CH 4与Cl 2的取代反应体系中，各步的取代同时发生，因此得到的产物是含多种成分的混合物。

【答案】 D
8．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 ．CH 3Cl 只代表一种物质
B ．CH 2Cl 2只代表一种物质
C ．CHCl 3只代表一种物质
D ．CCl 4只代表一种物质
【解析】 CH 4分子中有四个等同的C —H 键，在空间可能有两种对称分布：正四面体结构和平面正方形结构，如图：
对于甲烷的正四面体的立体结构，因为其四个顶点的位置完全相同，所以它的一氯代物(CH 3Cl)、二氯代物(CH 2Cl 2)、三氯代物(CHCl 3)、四氯代物(CCl 4)都只有一种。

四个C —H 键完全相同。

而如果甲烷是正方形结构，虽然四个C —H 键也都相同，但四个顶点的H 原子的位置关系却不同，可能相邻，也可能是对角关系，所以虽然CH 3Cl 、CHCl 3、CCl 4都只有一种，但CH 2Cl 2却有两种，一种是两个Cl 原子相邻，另一种是两个Cl 原子处于对角关系。

由这一点可以判断，CH 4应为正四面体的立体结构，而不是正方形的平面结构。

【答案】 B
9．如图是几种烷烃的球棍模型，试回答下列问题：
(1)A 的分子式为________，C 的名称为________。

(2)写出C 的同分异构体的结构简式________。

(3)B 是2012年伦敦奥运会火炬燃料的主要成分，若1 mol B 气体完全燃烧，生成CO 2气体和液态水，放出2 217.8 kJ 热量，则其燃烧的热化学方程式为________。

【解析】 `本题考查了学生将图形信息转化为文字信息并且进行迁移的能力，实际上考查了烷烃的结构特点、分子式的书写、命名、同分异构体的书写以及热化学方程式的书写等基础知识。

在书写热化学方程式时，要特别注意标明反应物和生成物的聚集状态，并且标明能量变化。

【答案】 (1)C 2H 6 丁烷
(2)
(3)C 3H 8(g)＋5O 2(g)===3CO 2(g)＋4H 2O(l)
ΔH ＝－2 217.8 kJ/mol
巩固提升
1．小明同学欲验证某有机物属于烃，他应完成的实验内容是( )
A ．只要测定该有机物中的C 、H 个数比
B ．只要证明该有机物完全燃烧后的产物只有H 2O 和CO 2
C ．只要测定该有机物完全燃烧后的产物中H 2O 与CO 2的质量之比
D ．测定该有机物的质量及完全燃烧后生成的CO 2和H 2O 的质量
【解析】 有机物属于烃必须只含碳、氢两种元素。

A 、B 、C 三个选项中都不能排除是否含氧元素；D 中通过燃烧后二氧化碳和水的质量可以求得有机物中碳、氢元素的质量，然后看它们的总质量和有机物的质量是否相等，判断其是否只含碳、氢元素。

故选D 。

【答案】 D
2．光照对下列反应几乎无影响的是( )
A ．氢气与氯气
B ．甲烷与氯气
C ．甲烷与氧气
D ．次氯酸分解
【解析】 CH 4与O 2反应需点燃；H 2与Cl 2反应可光照，也可点燃；CH 4与Cl 2光照发生
取代反应；2HClO=====光照2HCl ＋O 2↑。

【答案】 C
3．1 mol CH 4与Cl 2发生取代反应，待反应完成后测得四种取代产物的物质的量相等，则消耗的Cl 2为( )
A ．0.5 mol
B ．2 mol
C ．2.5 mol
D ．4 mol
【解析】 因为CH 4与Cl 2发生取代反应生成的四种取代物中的碳原子均来自于CH 4，由碳原子守恒可知，其生成的氯代物共有1 mol ，每一种氯代物均为0.25 mol ，由于CH 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4分子中的氯原子均来自Cl 2，由CH 4与Cl 2反应的方程式知共消耗Cl 2：0.25 mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5 mol 。

【答案】 C
4．某课外活动小组利用如图所示装置探究甲烷与氯气的反应。

根据题意，回答下列问题：
(1)CH 4与Cl 2发生反应的条件是________；若用日光直射，可能会引起____________________________。

(2)实验中可观察的实验现象有：量筒内壁出现油状液滴，饱和食盐水中有少量固体析出，__________________，________________________等。

(3)实验中生成的油状液滴中的氯仿可作局部麻醉剂，常因保存不慎而被空气氧化，产生剧毒气体——光气，反应的化学方程式为2CHCl 3＋O 2―→2COCl 2＋2HCl ，上述反应________(填选项符号，下同)。

①属于取代反应 ②不属于取代反应
【解析】 CH 4和Cl 2光照反应生成CH 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4、HCl 等物质，随着反应的进行，Cl 2不断被消耗，黄绿色逐渐消失。

又由于生成的CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4常温下是无色液体，且Cl 2易溶于有机溶剂，故量筒内壁上有油滴。

因生成的HCl 易溶于水，量筒内的压强减小，量筒内液面上升。

【答案】 (1)光照(或光亮处) 爆炸 (2)量筒内黄绿色气体颜色变浅 量筒内液面上
升 (3)②
5．写出下列各烷烃的分子式。

(1)烷烃A 在同温同压下蒸气的密度是H 2的43倍________。

(2)烷烃B 的分子中含有200个氢原子________。

(3)1 L 烷烃C 的蒸气完全燃烧时，生成同温同压下15 L 的水蒸气________。

(4)分子中含有22个共价键的烷烃D 为________。

(5)0.1 mol 烷烃E 完全燃烧，消耗标准状况下的O 2 11.2 L________。

(6)室温下相对分子质量最大的气态直链烷烃F 为________。

【解析】 (1)M ＝2 g/mol×43＝86 g/mol ，所以14n ＋2＝86，n ＝6，即该烷烃的分子式为C 6H 14。

(2)由C n H 2n ＋2得2n ＋2＝200，n ＝99，该烷烃的分子式为C 99H 200。

(3)由1 L 烷烃完全燃烧产生同条件下的15 L 水蒸气可知，其分子中应含有30个氢原子，则其分子式为C 14H 30。

(4)由C n H 2n ＋2可知：其中含有(2n ＋2)个C —H 键，(n －1)个C —C 键，所以(2n ＋2)＋(n －1)＝22，即n ＝7，所以该烷烃的分子式为C 7H 16。

(5)0.1 mol 烷烃完全燃烧消耗O 2为11.2 L 22.4 L/mol
＝0.5 mol 。

所以3n ＋12
＝5，n ＝3，即E 为C 3H 8。

(6)室温下相对分子质量最大的气态直链烷烃应为CH 3CH 2CH 2CH 3，分子式为C 4H 10。

【答案】 (1)C 6H 14 (2)C 99H 200 (3)C 14H 30 (4)C 7H 16 (5)C 3H 8 (6)C 4H 10
6．北京时间2012年5月10日消息，美国宇航局地球观测站今日公布了一张卫星照片，展示了北冰洋冰盖上的裂口，海水表层中的甲烷从这些裂口释放到空气中。

(1)已知甲烷的密度在标准状况下是0.717 g·L －1，含碳75%，含氢25%。

利用这些数据
怎样确定甲烷中碳、氢元素的质量比、原子个数比和分子式？
(2)点燃甲烷气体，观察燃烧现象，并检验燃烧产物。

甲烷燃烧实验
(3)用一只集气瓶作反应容器，用排饱和食盐水法在集气瓶中先后充入4/5体积的氯气和1/5体积的甲烷气体，用灯光照射瓶中的混合气体。

观察实验现象，写出反应的化学方程式。

【答案】 (1)甲烷的摩尔质量为0.717 g·L －1
×22.4 L·mol －1＝16 g·mol －1，甲烷
分子中C 、H 元素的质量比为75%：25%＝3：1，C 、H 原子数之比为312：11
＝1：4，所以甲烷的分子式是CH 4。

(2)
(3)实验现象：试管内气体黄绿色变浅，且液面上升；瓶壁上有油状液体附着。

反应方
程式：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。