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甲烷、烷烃(习题练习含解析)

甲烷、烷烃
一、选择题（每题有1-2个选项符合题意）
1．下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。下列说法正确的是(　　)

A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构
B．CH4、CCl4都是正四面体结构
C．CH4和CCl4中的化学键完全相同
D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同
2．下列关于甲烷的说法正确的是(　　)
A．甲烷是含碳元素质量分数最高的有机物
B．1 mol甲烷与1 mol Cl2反应恰好生成1 mol一氯甲烷
C．CH2Cl2有和两种同分异构体
D．有机物中的碳原子之间能以共价键结合，形成多种链状和环状
3．等体积的甲烷与氯气混合于一集气瓶中，加盖后置于光亮处，下列有关此实验的现象和结论中，不正确的是(　　)
A．瓶中气体的黄绿色变浅
B．瓶内壁有油状液滴生成
C．生成物只有CH3Cl和HCl
D．此反应生成物可能是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物
4．下列烷烃的沸点是：甲烷，-162℃；乙烷，-89℃；丁烷；-1℃；戊烷，+36℃。根据以上数字推断丙烷的沸点可能是(　　)
　　A．约-40℃ 　　　　　　　　　　　　　　　　　B．低于-162℃
　　C．低于-89℃ 　　　　　　　　　　　　　　　　D．高于+36℃
5．下列说法正确的是(　　)
A．分子组成相差1个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物
B．相对分子质量相同的有机物是同分异构体
C．碳原子之间只以单键相结合的链烃为烷烃
D．分子式相同，结构相同的有机物一定是同一种物质
6．下列各组内的物质不属于同系物的是(　　)

7．下列化学式只表示一种纯净物的是(　　)
A．C2H6 B．C4H10
C．C2H4Cl2 D．C
8．下列五种烃：①2－甲基丁烷、②2,2－二甲基丙烷、③戊烷、④丙烷、⑤丁烷，按它们的沸点由高到低的顺序排列正确的是(　　)
A．①>②>③>④>⑤
B．②>③>⑤>④>①
C．③>①>②>⑤>④
D．④>⑤>②>①>③
9．一定量CH4燃烧后得到的产物为CO、CO2、H2O(气)，此混合物的质量为49.6g，当其缓慢通过无水CaCl2时，CaCl2的质量增加25.2g，则原混合物中CO2的质量为(　　)
　　A．12.5g　　　　　B．13.2g　　　　C．19.7g　　　　　D．24.4g
10．将1 mol由两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后得到1.5 mol CO2和2 mol H2O。下列有关该混合气体组成的说法中正确的是(　　)
　　A．一定有乙烷　　　 B．一定有甲烷
　　C．一定没有甲烷　　 D．可能有乙烷
11．某无色混合气体可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl中的某几种气体组成。在恒温恒压条件下，将此混合气体通过浓H2SO4时，总体积基本不变；通入过量的澄清石灰水，未见变浑浊，但混合气体的总体积减小，把剩余气体导出后，在O2中能够点燃，燃烧产物不能使CuSO4粉末变色。则原混合气体的成分是(　　)
A．CH4和NH3 B．HCl、H2和CO
C．HCl和CO D．HCl、CO和CO2
12．（2015 福建龙岩永定二中模拟考）将1 mol CH4与氯气发生取代反应，待反应完全后，测定生成的四种有机物的物质的量相等，则产生HCl的物质的量是(　　)
A．0.5 mol B．2 mol C．2.5 mol D．4 mol
二、计算题
1．1mol某烷烃可与8molCl2完全取代，求此烷烃的分子式。
2．将标准状况的下CH4和过量O2的混合气体840 mL点燃，再将燃烧后的气体用过量的碱石灰吸收，碱石灰增重0.600 g。求：
　(1)燃烧后的气体用碱石灰吸收后所剩气体的体积(标准状况下)。
　(2)原混合气体中CH4和O2的体积比。
三、填空题
有一类组成最简单的有机硅化合物叫硅烷，硅烷的组成、结构与相应的烷烃相似。
　(1)写出硅烷的通式：____________。
　(2)写出乙硅烷在空气中自燃的化学方程式：__________________________________。
　(3)甲硅烷的密度________(填“大于”、“小于”或“等于”)甲烷。
　(4)甲硅烷的热稳定性________(填“大于”、“小于”或“等于”)甲烷。
【答案与解析】
一、选择题
1．B
【解析】CH4为正四面体结构，四个氢原子是完全等同的，分子中各键长相等。四个氢原子被氯原子取代后，CCl4与CH4分子结构相似，但是二者分子的化学键分别是C-Cl键和C-H键，常温下CCl4为液体而CH4为气体，性质不同，故C、D选项错，B选项对。而CH3Cl分子中C-H键长和C-Cl键长不相等，所以CH3Cl为四面体结构，而不是正四面结构，则A选项错。
2．D
【解析】A．有机物中C原子呈四价，1个C原子最多结合4个H原子，故甲烷是含氢质量分数最高的有机物，故A错误；
B．1 mol甲烷与1 mol Cl2发生取代反应，伴随副反应的发生，同时生成多种烷的氯代物，生成的一氯甲烷小于1 mol，故B错误；
C．甲烷为正四面体结构，四个氢原子的空间位置只有一种，所以二氯代物只有1种，不存在同分异构体，故C错误；
D．碳原子之间能以共价键结合，能形成多种链状和环状，故D正确。
3．C
【解析】A．甲烷和氯气发生取代反应，生成的产物均无色，试管中气体颜色会变浅，故A正确；
B．一氯四烷是气体，内壁出现油状液体，是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，故B正确；
C．甲烷和氯气发生取代反应，生成的是CH3Cl、CH3Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物，故C错误；
D．在甲烷和氯气发生一氯取代后，生成的一氯甲烷能继续和氯气取代生成二氯甲烷，一次继续，故最后得到的是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物，故D正确。
4．A　　
【解析】根据同系物沸点的递变规律，可以推测出丙烷的沸点介于乙烷和丁烷之间，即比-89℃高，比-1℃低，符合要求的选项只有A。
5．C、D
【解析】同系物必须是结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质。结构相似即强调必须是同一类有机物之间，才能互称同系物。所以A项不正确。相对分子质量相同的有机物不一定存在同分异构关系，如C10H8与C9H20的相对分子质量都是128，显然它们之间无同分异构关系。所以化合物之间要存在有同分异构关系，就必须具有相同的分子式，则B项也不正确。
6．C
【解析】C选项中的两种物质，一方面结构不相似，前者不属于烃类；另一方面组成上不仅不是相差CH2原子团，前者还多一个氧原子。其余各选项内的物质均符合同系物的定义。
7．A
【解析】C4H10、C2H4Cl2分别存在两种同分异构体；C既可以表示活性炭，又可以表示其他碳的单质；只有C2H6只表示一种分子。
8．C
【解析】掌握烷烃同系物的物理性质的递变规律是解答本题的关键。同类烃碳原子数越多，熔沸点越高；同类烃中碳原子数相同时，支链越多，其熔沸点越低。故它们的沸点顺序排列为：戊烷>2－甲基丁烷>2,2－二甲基丙烷>丁烷>丙烷。
9．B
　　【解析】根据质量守恒定律，C、H原子个数反应前后保持不变。
　　　　　可知n(CH4)=n(CO)+n(CO2)，而n(CH4)可由产物H2O中所含的H原子数求得：
　　　　　，CO和CO2的质量=49.6g－25.2g=24.4g
　　　　　设混合物中CO物质的量为x，CO2的物质的量为y，则有：
　　　　　 　　　　　　　解得 　
　　　　　所以m(CO2)=0.3mol×44g·mol－1=13.2g
　　　　　另一种解法——待定系数法
　　　　　设生成CO、CO2的物质的量分别为x、y，则有

　　　　　 　　　　 解得　 
　　　　　所以m(CO2)=0.3mol×44g·mol－1=13.2g
10．B
【解析】本题考查有机化学计算中常用的平均分子式的方法确定有机物的组成。根据题目可知该混合物的平均分子式是C1.5H4，两种气态烃碳原子数的平均值为1.5。根据平均的思想，必有一种碳原子数大于1.5，另一种碳原子数小于1.5，而碳原子数小于1.5的烃只有甲烷，所以一定有甲烷。甲烷的氢原子数为4，且两种气态烃氢原子数的平均值为4，因此另一种烃的氢原子数必然也是4，其碳原子数大于或等于2。
11．C
【解析】混合气体通过浓H2SO4时总体积基本不变，说明没有NH3，排除了A项。混合气体通入过量的澄清石灰水未见变浑浊，但混合气体的总体积减小，说明一定有气体被吸收，这样就一定有HCl，还可能有CO2；剩余气体导出后，在O2中能够点燃，说明剩余气体中不含CO2，这时可以说明原混合气体中也不含CO2；燃烧产物不能使CuSO4粉末变色，说明没有氢元素，排除了B、D。
12．C
【解析】1 mol CH4与Cl2发生取代反应，欲得到四种取代物的物质的量相等，则生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25 mol，该四种取代物中n (Cl)=0.25 mol×(1+2+3+4)=2.5 mol，根据取代反应的特点知n (Cl2)=2.5 mol， 生成的HCl的物质的量也为2.5mol。
二、计算题
1．C3H8
【解析】本题考查对取代反应的理解。当烷烃分子中在1mol氢原子被取代时，就需要有1mol氯气参加反应，同时生成1mol氯化氢，因此根据本题中的条件“参加反应的氯气为8mol”可知在该烷烃分子中应有8mol氢原子。再根据烷烃通式CnH2n+2可知2n+2=8，则n=3，所以该烷烃的分子式为C3H8。
2．（1）36 mL　　（2）1∶4　
【解析】CH4与O2反应生成的CO2和H2O全部被碱石灰吸收。
　　CH4　＋　2O2　　CO2　＋　2H2O
　　22.4 L＋44.8 L　　　　 44 g ＋ 36 g

　　即反应掉的CH4与O2的总体积为504 mL，其中V(CH4)∶V(O2)＝1∶2，故V(CH4)＝168 mL，V(O2)总＝672 mL，V(O2)余＝336 mL。
三、填空题
（1）SinH2n＋2(n≥1)　 （2）2Si2H6＋7O2―→4SiO2＋6H2O　 （3）大于　 （4）小于
【解析】C和Si是同一主族的元素，所以硅烷和烷烃的组成、结构相似。我们知道烷烃的通式是CnH2n＋2(n≥1)，故硅烷的通式也就为SinH2n＋2(n≥1)；乙烷在空气中燃烧的化学方程式为2C2H6＋7O24CO2＋6H2O，所以乙硅烷自燃反应的化学方程式也就为2Si2H6＋7O2―→4SiO2＋6H2O；通常情况下，气体的摩尔质量越大，其密度就越大，甲硅烷的摩尔质量是32 g·mol－1，甲烷是16 g·mol－1，故甲硅烷的密度比甲烷的大；甲烷和甲硅烷是C、Si两元素的气态氢化物，在元素周期表中，同主族元素的气态氢化物的稳定性由上到下逐渐减弱，故甲硅烷的稳定性小于甲烷。