2019高中化學(xué)人教版必修2練習(xí)第三章第一節(jié)第1課時(shí)甲烷的性質(zhì)

第一節(jié) 最簡單的有機(jī)化合物——甲烷 第 1 課 甲烷的性質(zhì) 1．下列敘述中錯(cuò)誤的是( ) A．點(diǎn)燃甲烷不一定會(huì)爆炸 B．甲烷燃燒放出大量的熱，所以是一種很好的氣體燃料 C．煤礦的礦井要注意通風(fēng)并嚴(yán)禁煙火，以防爆炸的發(fā)生 D．點(diǎn)燃甲烷前不必進(jìn)行驗(yàn)純 解析：甲烷與氧氣混合達(dá)到一定比例范圍時(shí)，點(diǎn)燃會(huì)發(fā)生爆炸，因此，甲烷點(diǎn) 燃前要進(jìn)行驗(yàn)純。 答案：D 2．下列敘述錯(cuò)誤的是( ) A．通常情況下，甲烷跟強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和強(qiáng)氧化劑都不反應(yīng) B．甲烷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不能被任何氧化劑氧化 C．甲烷與 Cl2 反應(yīng)無論生成 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3 還是 CCl4，都屬于取代反 應(yīng) D．甲烷的四種有機(jī)取代產(chǎn)物有一種氣態(tài)，其余三種為液態(tài)且都不溶于水 解析：甲烷的性質(zhì)比較穩(wěn)定，在通常情況下，不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑反應(yīng)， 但甲烷能在空氣中燃燒，A 正確，B 錯(cuò)誤；甲烷在光照條件下與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)， 生成四種有機(jī)產(chǎn)物，分別是 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3 和 CCl4，其中 CH3Cl 為氣體， 其它為液體，且均不溶于水，故 C、D 均正確。 答案：B 3．能夠證明甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體的事實(shí)是( ) A．甲烷分子中 4 個(gè) C—H 鍵的強(qiáng)度相同 B．甲烷分子中 4 個(gè) C—H 鍵的長度相同 C．甲烷的一氯代物只有 1 種 D．甲烷的二氯代物只有 1 種 答案：D 4．若甲烷與氯氣以物質(zhì)的量之比 1∶3 混合，在光照下得到的產(chǎn)物可能是下列 物質(zhì)，其中正確的是( ) ①CH3Cl ②CH2Cl2 ③CHCl3 ④CCl4 A．只有① B．只有② C．①②③的混合物 D．①②③④的混合物 解析：無論 CH4 與 Cl2 按何種比例混合，CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 和 HCl 均有。 答案：D 5．將 1 mol 甲烷和適量的 Cl2 混合后光照，充分反應(yīng)后生成 CH3Cl、CH2Cl2、 CHCl3、CCl4 四種有機(jī)產(chǎn)物的物質(zhì)的量依次增大 0.1 mol，則參加反應(yīng)的 Cl2 的物質(zhì) 的量為( ) A．1.5 mol C．4.5 mol B．3 mol D．6 mol 解析：解答此題宜用原子守恒法。 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 中的碳原子 都是由 CH4 而來，故這四種取代物共 1 mol，設(shè) CH3Cl 物質(zhì)的量為 x，則 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 四種有機(jī)產(chǎn)物的物質(zhì)的量依次為 0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol，含 Cl 原 子的物質(zhì)的量共為 0.1 mol ×1＋0.2 mol ×2＋0.3 mol ×3＋0.4 mol ×4＝3 mol ，而一 個(gè) Cl2 分子中只有一個(gè) Cl 原子參加取代反應(yīng)，因此消耗的 Cl2 也為 3 mol。 答案：B 6．如圖是某同學(xué)用注射器設(shè)計(jì)的簡易實(shí)驗(yàn)裝置。甲管中注入 10 mL CH4，同溫 同壓下乙管中注入 50 mL Cl2，將乙管氣體推入甲管中，氣體在甲管中反應(yīng)，針管放 在光亮處一段時(shí)間。 (1)下列是某同學(xué)預(yù)測的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： ①氣體最終變?yōu)闊o色；②實(shí)驗(yàn)過程中，甲管活塞向內(nèi)移動(dòng)；③甲管內(nèi)壁有油珠； ④產(chǎn)生火花。 其中正確的是________(填編號(hào))。 (2)甲管中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的類型為________(填序號(hào))。 (3)反應(yīng)后，甲管中剩余氣體能用下列試劑吸收的是______。 A．水 C．AgNO3 溶液 B．NaOH 溶液 D．飽和食鹽水 (4) 反應(yīng)后，若將甲中的物質(zhì)推入盛有適量 AgNO3 溶液的小試管中會(huì)觀察到 ________________，若再向其中滴入幾滴石蕊試液，又觀察到________________。 光 解析：在光照條件下，甲烷與氯氣發(fā)生反應(yīng)：CH4＋Cl2――→CH3Cl＋HCl，CH3Cl 光 光 光 ＋Cl2――→CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2――→CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2――→CCl4 ＋HCl。 (1)理論上，甲烷與氯氣體積比為 1∶4 時(shí)，二者恰好完全反應(yīng)，而甲中氯氣與甲 烷體積比為 5∶1＞4∶1，說明氯氣過量，反應(yīng)后仍有氯氣剩余。該反應(yīng)進(jìn)行緩慢， 不會(huì)產(chǎn)生火花。產(chǎn)物中只有氯化氫和一氯甲烷為氣體，所以氣體的總物質(zhì)的量減小， 內(nèi)部壓強(qiáng)減小，甲管活塞向內(nèi)移動(dòng)。 (2)甲烷分子中的四個(gè)氫原子可被氯原子逐一取 代，故甲管中發(fā)生的是取代反應(yīng)。 (3)剩余氣體中含有氯氣和氯化氫，可用氫氧化鈉 溶液吸收剩余氣體。(4)生成的 HCl 會(huì)與 AgNO3 溶液反應(yīng)生成 AgCl 白色沉淀，同時(shí) 因 CH2Cl2、CHCl3、CCl4 難溶于水而看到液體分為兩層，因 Cl2 有剩余，若加入幾 滴石蕊，溶液會(huì)先變紅后褪色。 答案：(1)②③ (2)取代反應(yīng) (3)B (4)液體分為兩層，產(chǎn)生白色沉淀 溶液先 變紅后褪色 (時(shí)間：40 分鐘) [A 級(jí) 基礎(chǔ)鞏固] 1．下列說法中正確的是( ) A．由碳、氫、氧三種元素組成的化合物一定是有機(jī)物 B．烴是含有碳元素和氫元素的化合物 C．大多數(shù)有機(jī)物熔、沸點(diǎn)較低 D．有機(jī)物都難溶于水 解析：由碳、氫、氧三種元素組成的化合物不一定是有機(jī)物，如碳酸是無機(jī)物； 烴是僅含有碳元素和氫元素的有機(jī)物；多數(shù)有機(jī)物熔、沸點(diǎn)較低；有些有機(jī)物易溶 于水，如乙醇、乙酸等。 答案：C 2．在光照條件下，將等物質(zhì)的量的甲烷和氯氣充分反應(yīng)，所得產(chǎn)物中物質(zhì)的量 最多的是 ( ) A．CH3Cl C．CHCl3 B．CH2Cl2 D．HCl 解析：在光照條件下，將等物質(zhì)的量的甲烷和氯氣充分反應(yīng)，會(huì)發(fā)生取代反應(yīng)， 由于取代反應(yīng)是逐步進(jìn)行的，每一步在產(chǎn)生氯代烴的同時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生 HCl，所以在 所得產(chǎn)物中物質(zhì)的量最多的是 HCl。 答案：D 3.如圖所示，一端封閉的 U 形管，封閉著的一端有 CH4 和 Cl2 的混合氣體，在 水平部分有一段氣柱，已知液體與氣體不反應(yīng)，使 CH4 與 Cl2 在稍暗的光線下緩慢 反應(yīng)，則中間氣柱的長度如何變化(假設(shè)中間氣柱未移出 U 形管的水平部分) ( ) A．變大 C．不變 B．變小 D．難以確定 D．CH3—CH2—Br＋H2O ―    CH3—CH2—OH＋HBr 解析：CH4 與 Cl2 反應(yīng)的產(chǎn)物中只有 CH3Cl 為氣體，CH2Cl2、CHCl3 和 CCl4 為 液體，HCl 是易溶于水中，反應(yīng)后左邊體積減少，液柱上升，右邊液柱下降，中間 氣柱的壓強(qiáng)減小，所以體積變大。 答案：A 4．有機(jī)物分子里的某些原子(或原子團(tuán))被其他原子(或原子團(tuán))所替代的反應(yīng)叫取 代反應(yīng)。下列化學(xué)反應(yīng)中不屬于取代反應(yīng)的是( ) 光照 A．CH2Cl2＋Br2――→CHBrCl2＋HBr 光照 B．CH3OH＋HCl――→CH3Cl＋H2O C．2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ NaOH ― 答案：C 5．(雙選)兩種氣態(tài)烴以任意比例混合，在 105 ℃時(shí)，1 L 該混合烴與 9 L 氧氣 混合，充分燃燒后恢復(fù)到原狀態(tài)，所得氣體體積仍是 10 L。下列各組混合烴中不符 合此條件的是( ) A．CH4 與 C2H4 C．C2H4 與 C3H4 B．CH4 與 C3H6 D．C2H2 與 C3H6 1         x＋        x 因?yàn)槿紵昂髿怏w體積未變，所以 1＋çx＋4÷＝x＋  ，y＝4，因此混合烴的平均 解析：混合烴與氧氣的體積比是 1∶9，溫度高于 100 ℃，則混合烴完全燃燒生 成 CO2 和 H2O(g)。設(shè)混合烴的平均分子組成為 CxHy，則： yö 點(diǎn)燃 æ y è ø CxHy＋çx＋4÷O2――→xCO2＋2H2O y y 4 2 yö æ y è ø 2 分子式為 CxH4。但 C2H2 與 C3H6 的組合不一定是 CxH4，只有當(dāng)二者的體積比為 1∶ 1 時(shí)才符合 CxH4。 答案：BD 6．(2018· 全國卷Ⅱ)實(shí)驗(yàn)室中用如圖所示的裝置進(jìn)行甲烷與氯氣在光照下反應(yīng)的 實(shí)驗(yàn)。 光照下反應(yīng)一段時(shí)間后，下列裝置示意圖中能正確反映實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的是 ( ) 光照 解析：甲烷與氯氣在光照條件下發(fā)生反應(yīng)：CH4＋Cl2――→CH3Cl＋HCl，CH3Cl 光照 光照 光照 ＋Cl2――→CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2――→CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2――→CCl4 ＋HCl。黃綠色的氯氣參加了反應(yīng)，逐漸減少，生成無色的氣體，因此試管內(nèi)氣體顏 色逐漸變淺；反應(yīng)生成的 HCl 極易溶于水，使試管內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，因此試管內(nèi)液 面上升；生成的 CH2Cl2、CHCl3、CCl4 均為無色油狀液體，附著在試管壁上，因此 試管壁上出現(xiàn)油狀液滴；生成的 HCl 氣體遇到水蒸氣溶解生成鹽酸小液滴，形成白 霧，因此試管中有少量白霧。綜合上述現(xiàn)象，答案選 D。 答案：D [B 級(jí) 能力提升] 7.把 1 mol CH 4 和一定量 Cl2 組成的混合氣體通入大試管中，將此試管倒立在盛 有飽和食鹽水的水槽中，放在光亮處，回答下列問題： (1) 片刻后試管中的現(xiàn)象： ①試管內(nèi)氣體的黃綠色變淺， ②試管壁上出現(xiàn) ________________________________________________， ③試管內(nèi)____________________________________________。 (2)在反應(yīng)結(jié)束后，試管內(nèi)的產(chǎn)物最多的是 ________，空間構(gòu)型呈正四面體的產(chǎn) 物為________。 (3)若反應(yīng)生成的四種有機(jī)產(chǎn)物的物質(zhì)的量相同，則反應(yīng)消耗的 Cl2 的物質(zhì)的量為 ________。 (4)已知 CH4 分子在空間呈正四面體形狀，1 個(gè) C 原子與 4 個(gè) H 原子各共用一對 電子形成 4 條共價(jià)鍵，C 原子位于中心，4 個(gè) H 原子位于 4 個(gè)頂點(diǎn)。如圖所示為一 個(gè)立方體，已畫出 1 個(gè) C 原子(在立方體中心)、1 個(gè) H 原子(在立方體頂點(diǎn))和 1 條共 價(jià)鍵(實(shí)線表示)。請畫出另外 3 個(gè) H 原子的合適位置和 3 條共價(jià)鍵。 解析：甲烷與氯氣在光照下發(fā)生取代反應(yīng)，消耗氯氣，所以黃綠色變淺，由于 產(chǎn)生的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷是液體，都難溶于水，所以在試管內(nèi)壁有油 狀液滴，由于取代反應(yīng)產(chǎn)生的 HCl 氣體在水中溶解，所以試管內(nèi)液面上升，而且出 現(xiàn)白霧。(1)片刻后試管中的現(xiàn)象：①試管內(nèi)氣體的顏色變淺，②試管壁上出現(xiàn)油狀 液滴，③試管內(nèi)出現(xiàn)白霧、液面上升。 (2)由于取代反應(yīng)是逐步進(jìn)行的，每一步取代 反應(yīng)都會(huì)產(chǎn)生 HCl 氣體，所以在反應(yīng)結(jié)束后，試管內(nèi)的產(chǎn)物最多的是 HCl；其中空 間構(gòu)型呈正四面體的產(chǎn)物為 CCl4。(3)甲烷物質(zhì)的量是 1 mol，若反應(yīng)生成的四種有 機(jī)產(chǎn)物的物質(zhì)的量相同，則反應(yīng)消耗的 Cl2 的物質(zhì)的量為(0.25×1＋0.25×2＋0.25×3 ＋0.25×4)mol＝2.5 mol。 答案：(1)油狀液滴 出現(xiàn)白霧、液面上升 (2)HCl CCl4 (3)2.5 mol (4) 8．利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)制取副產(chǎn)品鹽酸的設(shè)想在工業(yè)上已成為現(xiàn)實(shí)。 某化學(xué)興趣小組通過在實(shí)驗(yàn)室中模擬上述過程，其設(shè)計(jì)的模擬裝置如下： V（Cl2） V（CH4） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求回答： (1)B 裝置有三種功能：①控制氣流速度；②均勻混合氣體；③________________。 (2)設(shè) ＝x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則 x 值應(yīng)________。 (3)D 裝置的石棉中均勻混有 KI 粉末，其作用是______________ _____________________________________________________。 (4)E 裝置的作用是________(填序號(hào))。 A．收集氣體 C．防止倒吸 B．吸收氯氣 D．吸收氯化氫 V（Cl2） V（CH4） (5)在 C 裝置中，經(jīng)過一段時(shí)間的強(qiáng)光照射，發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有黑色小顆粒 產(chǎn)生，寫出置換出黑色小顆粒的化學(xué)方程式_______。 (6)E 裝置除生成鹽酸外，還含有有機(jī)物，從 E 中分離出有機(jī)物的最佳方法為 _________________________________________。 該裝置還有缺陷，原因是沒有進(jìn)行尾氣處理，其尾氣主要成分為________ (填序 號(hào))。 a．CH4 b．CH3Cl c．CH2Cl2 d．CHCl3 e．CCl4 解析：(1)B 裝置的三個(gè)作用：①控制氣流速度從而達(dá)到合適的反應(yīng)比例；②均 光 勻混合氣體，便于后續(xù)實(shí)驗(yàn)；③干燥混合氣體。(2)當(dāng)反應(yīng)：CH4＋4Cl2――→CCl4＋ 4HCl 時(shí)生成 HCl 氣體最多，所以要保證 ＝x≥4。(3)KI 能吸收多余的 Cl2， 反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cl2＋2KI===2KCl＋I(xiàn)2。(4)E 裝置既吸收反應(yīng)生成的 HCl 氣體， 同時(shí)還防止倒吸。 (5)據(jù)信息知黑色小顆粒應(yīng)為炭粉，根據(jù)原子守恒應(yīng)為： CH4＋ 強(qiáng)光 2Cl2――→C＋4HCl。(6)分離難溶于水的油狀液體可用分液法。 答案：(1)干燥混合氣體 (2)大于或等于 4 9 (3)吸收過量的氯氣 (4)CD 強(qiáng)光 (5)CH4＋2Cl2――→C＋4HCl (6)分液 ab