资源描述
第1课时 甲烷的结构与性质
考点
对应题号
基本目标
发展目标
1.有机物和烃的有关概念
1,2,5
2.甲烷的组成、结构及表示方法
3,4,7
3.甲烷的性质
6
10,11,14
4.综合应用
8,9
12,13,15
[基本目标]
1．下列物质中属于有机物的是( )
①乙醇 ②食盐 ③二氧化碳 ④甲烷 ⑤蔗糖 ⑥水 ⑦一氧化碳 ⑧碳酸钙 ⑨乙酸
A．①②④⑤⑨ B．①④⑤⑨
C．①③④⑤⑦⑧⑨ D．①④⑤⑥
B 解析 食盐、水不含碳元素，二氧化碳、一氧化碳、碳酸钙三种物质虽含碳元素，但性质上与有机物有很大区别，不属于有机物。
2．验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是( )
A．只测定它的碳、氢原子个数比
B．只要证明它完全燃烧后的产物只有H2O和CO2
C．只测定其燃烧产物中H2O和CO2的物质的量的比值
D．测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成H2O和CO2的质量
D 解析 烃仅含碳和氢两种元素，完全燃烧的产物为CO2和H2O，但燃烧产物只有CO2和H2O的有机物不一定是烃，它可能含有碳、氢、氧三种元素。
3．“可燃冰”是海底蕴藏的资源之一，其主要成分是甲烷。以下是甲烷在空气中燃烧的微观过程模拟图，符合该反应微观过程先后顺序的选项是( )
A．②③① B．①③②
C．③②① D．②①③
D 解析 甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水，该过程中首先是分子状态的甲烷和氧气(图②)，然后化学键断裂形成原子(图①)，最后原子重新组合得到二氧化碳和水(图③)。
4．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( )
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
B 解析 CH4无论是正四面体结构还是平面正方形结构，都符合A、C、D三项的说法，故不能用A、C、D项来确定CH4是何种结构。若CH4是平面正方形结构，则CH2Cl2有两种结构：。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。
5．化学科学需要借助化学专用语言来描述，下列有关化学用语正确的是( )
A．NH3的结构式为
B．乙烷(C2H6)的最简式为CH2
C．CH4分子的比例模型为
D．—CH3(甲基)的电子式为
A 解析 氨气的结构式为，A项正确；乙烷的最简式为CH3，B项错误；C项为甲烷的球棍模型，错误；甲基的电子式为，D项错误。
6．如图是CH4、CCl4、CH3Cl(沸点：－24.2 ℃)的球棍模型图。下列说法正确的是( )
A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构
B．标准状况下，2.24 L一氯甲烷含有的分子数为6.02×1022
C．甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中CH3Cl最多
D．四氯化碳是一种常见的有机溶剂，密度比水小
B 解析 CH3Cl中C—H键与C—Cl键的键长不相等，是四面体结构，但不是正四面体结构，A项错误；标准状况下，2.24 L 一氯甲烷的物质的量为0.1 mol，含有的分子数为6.02×1022，B项正确；甲烷与氯气发生取代反应，生成的产物中最多的是HCl，C项错误；四氯化碳的密度比水大，D项错误。
7．鉴别甲烷、一氧化碳和氢气等三种无色气体的方法是( )
A．通入溴水―→通入澄清石灰水
B．点燃―→罩上涂有澄清石灰水的烧杯
C．点燃―→罩上干冷烧杯―→罩上涂有澄清石灰水的烧杯
D．点燃―→罩上涂有澄清石灰水的烧杯―→通入溴水
C 解析 点燃，用干燥的烧杯可以检验出是否生成水，从而确定原气体是否含有氢元素；用涂有澄清石灰水的烧杯可检验出是否生成CO2，从而确定原气体中是否含有碳元素。
8．如图某气体X可能由H2、CO、CH4中的一种或几种组成，将X气体燃烧，把燃烧后生成的气体依次通过A、B两个洗气瓶。试回答下列问题：
(1)若A洗气瓶的质量增加，B洗气瓶的质量不变，则气体X是________。
(2)若A洗气瓶的质量不变，B洗气瓶的质量增加，则气体X是________。
(3)若A、B两个洗气瓶的质量都增加，则气体X可能是______________。
解析 此题主要考查根据洗气瓶中质量的变化，确定原气体X的成分。2H2＋O22H2O,2CO＋O22CO2，CH4＋2O2CO2＋2H2O。由浓H2SO4吸收水，石灰水吸收CO2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，故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或以下组合：H2、CO；H2、CH4；CO、CH4；H2、CO、CH4。
答案 (1)H2 (2)CO (3) CH4 或 H2、CO 或 H2、CH4 或 CO、CH4或H2、CO、CH4
9．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(COCl2)：2CHCl3＋O2===2COCl2＋2HCl。
(1)上述反应________(填字母，下同)。
A．属于取代反应 B．不属于取代反应
(2)为防止事故发生，在使用前检验氯仿是否变质可选用的试剂是________。
A．NaOH(aq) B．AgNO3(aq)
C．HCl(aq) D．水
E．湿润的蓝色石蕊试纸 F．湿润的无色酚酞试纸
答案 (1)B (2)BE
[发展目标]
10．取一支硬质大试管，通过排饱和食盐水的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图)，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是( )
A．反应过程中试管内黄绿色逐渐消失，试管壁上有油珠产生
B．甲烷和Cl2反应后的产物有4种
C．盛放饱和食盐水的水槽底部不会有晶体析出
D．CH4和Cl2完全反应后液面上升，液体充满试管
A 解析 Cl2被消耗后，黄绿色消失，生成的CH2Cl2、 CHCl3, CCl4均为油状液体，所以试管壁上有油珠产生，A项正确；CH4与Cl2反应生成4种有机物和1种无机物，共有5种产物，B项错误；CH4与Cl2反应后最多的产物是HCl，HCl溶于饱和食盐水会有NaCl晶体析出，C项错误；取代产物CH2Cl2、CHCl3、CCl4是油状液体， 而CH3Cl是气体，不溶于饱和食盐水，故液体不会充满试管，D项错误。
11．取1 mol甲烷与4 mol氯气放入一密闭容器中，在光照条件下发生反应，充分反应后，容器中各物质的物质的量之和一定为( )
A．1 mol B．4 mol
C．5 mol D．无法确定
C 解析 CH4和Cl2的反应是连锁反应，生成物为混合物，即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl。根据碳原子守恒，CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种物质总的物质的量等于反应消耗的甲烷的物质的量；根据化学方程式可知，每生成1 mol HCl就消耗1 mol Cl2，所以反应生成的HCl的物质的量等于反应的氯气的物质的量，故1 mol CH4和4 mol Cl2充分反应后，容器内各物质的物质的量之和一定为 5 mol，C项正确。
12．将1 mol CH4和适量的O2在密闭容器中点燃，充分反应后，CH4和O2均无剩余，且产物均为气体(101 kPa、120 ℃)，总质量为72 g，下列有关叙述不正确的是( )
A．若将产物通过碱石灰，则不能被完全吸收
B．若将产物通过浓硫酸，充分吸收后，浓硫酸增重18 g
C．产物的平均摩尔质量为24 g·mol－1
D．反应中消耗56 g O2
B 解析 根据质量守恒定律可知，m(O2)＝72 g－16 g＝56 g，n(O2)＝＝1.75 mol，由CH4＋2O2CO2＋2H2O可知，若产物均为CO2和H2O，则需消耗2 mol O2，故反应生成的产物应有CO，CO既不能被碱石灰吸收，也不能被浓硫酸吸收，A项正确；由H原子守恒可知，反应生成的n (H2O)＝2 mol，m(H2O)＝36 g，因此若将产物通过浓硫酸，充分吸收后，浓硫酸增重36 g，B项错误；由C原子守恒可知，CO和CO2混合气体的物质的量等于CH4的物质的量，即为1 mol，则混合气体的总物质的量为1 mol＋2 mol＝3 mol，产物的平均摩尔质量为＝24 g·mol－1，C项正确；根据以上分析可知消耗氧气的质量是56 g，D项正确。
13．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照的地方，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，请写出反应的化学方程式________________________________________________________________________。
(2)若题目中甲烷与氯气的体积比为1∶1，则得到的产物为________。
A．CH3Cl、HCl
B．CCl4、HCl
C．CH3Cl、CH2Cl2
D．CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl
(3)经过几个小时的反应，U形管右端水柱的变化是____________________________。
A．升高 B．降低
C．不变 D．无法确定
解析 (1)因Cl2足量，若充分反应，则CH4中的4个H原子可完全被取代，生成CCl4和HCl，CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl。(2)甲烷与氯气的取代反应是一种连锁反应，第一步反应一旦开始，后续反应立即进行，因此四步反应均发生，故得到4种氯代产物和HCl。(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应，U形管左侧生成的氯化氢气体易溶于水，该条件下除CH3Cl外其他3种氯代物均为液体，气体压强减小，U形管右侧液面下降，左侧液面上升。
答案 (1)CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl (2)D (3)B
14．晋朝人常璩在《华阳国志》里有这样一段话：临邛县“有火井，夜时光映上昭。民欲其火，先以家火投之。顷许如雷声，火焰出，通耀数十里。以竹筒盛其火藏之，可拽行终日不灭也……”请回答下列问题。
(1)话中描述的物质是一种最简单有机物——甲烷，其分子的结构式为________________。
(2)写出“顷许如雷声，火焰出”涉及的化学反应方程式：
________________________________________________________________________。
(3)下列有关甲烷的说法正确的是(填选项字母)。
A．它属于化石能源
B．它的分子中含有非极性键
C．它的分子中所有原子的最外层都达到了8电子稳定结构
D．(2)中反应发生时伴随有旧键的断裂和新键的形成
(4)甲烷不仅可以直接用来燃烧，还是重要的化工原料，它可以与水在高温条件下反应制得水煤气(CO和H2)，反应的化学方程式为__________________，反应得到的水煤气中CO和H2的质量比为________。
解析 (1)甲烷分子的结构式为。(2)“顷许如雷声，火焰出”叙述的是甲烷燃烧，涉及的化学反应方程式为CH4＋2O2CO2＋2H2O。(3)甲烷属于化石能源，A项正确；它的分子中含有极性键，B项错误；它的分子中只有碳原子的最外层达到了8电子稳定结构，氢原子是2电子稳定结构，C项错误；甲烷燃烧时伴随有旧键的断裂和新键的形成，D项正确。(4)甲烷与水在高温条件下反应制得水煤气(CO和H2)，反应的化学方程式为CH4＋H2OCO＋3H2，反应得到的水煤气中CO和H2的质量比为＝。
答案 (1) (2)CH4＋2O2CO2＋2H2O (3)AD (4)14：3
15．利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如图：
根据设计要求回答：
(1)B装置有三种功能：①控制气流速度；②均匀混合气体；③______________。
(2)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是______________。
(3)E装置的作用是________(填字母)。
A．收集气体 B．吸收氯气
C．防止倒吸 D．吸收氯化氢
(4)在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出生成黑色小颗粒的化学方程式：_______________________________________。
(5)装置中除生成盐酸外，还有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为________。该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气的主要成分为________(填字母)。
a．CH4 b．CH3Cl c．CH2Cl2 d．CHCl3 e．CCl4
解析 (1)B装置的作用有三个：①控制气流从而达到合适的反应物比例；②均匀混合气体，便于后续实验；③干燥混合气体。(2)KI能吸收未反应的Cl2。(3)E装置既能吸收反应生成的HCl气体，同时还能防止倒吸。(4)由题中信息知黑色小颗粒为碳，根据原子守恒可以写出化学方程式：CH4＋2Cl2C＋4HCl。(5)分离难溶于水的油状液体可用分液法。
答案 (1)干燥混合气体 (2)吸收过量的Cl2 (3)CD (4)CH4＋2Cl2C＋4HCl (5)分液 ab
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