1、天然气的利用甲烷(40分钟70分)一、选择题(本题包括10小题，每小题4分，共40分)1.(2020苏州高一检测)“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.B.C.D.【解析】选D。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)，然后化学键断裂形成原子(图)，最后原子重新组合得到二氧化碳和水(图)。【加固训练】据易经记载：“泽中有火”“上火下泽”。泽，指湖泊池沼。“泽中有火”是指“M气体”在湖泊池沼水面上起火。这里“M气体”是指()A.甲烷B.一氧化碳C.二氧化碳D.氢气【解析】
2、选A。“泽中有火”是指沼泽中的沼气燃烧，沼气的主要成分为CH4。2.1874年，22岁的范特霍夫和27岁的勒贝尔分别提出了碳四面体学说，建立了分子的立体概念。下列各项均能表示甲烷的分子结构，但最能反映其真实状况的是()【解析】选D。甲烷分子的结构示意图和球棍模型只能表示分子中各原子在空间的连接方式，甲烷分子的电子式只能表示分子的成键情况，以上三种表示方法均不能反映甲烷的真实存在状况，而填充模型既表示分子中各原子的连接方式，又给出了各原子在空间的相对位置，故四种方式中填充模型最能反映其真实存在状况。3.(2020北京市海淀区高一检测)有下列物质：氯气；硝酸；溴水；烧碱；氧气；酸性KMnO4溶液，
3、其中在一定条件下可与甲烷反应的是 ()A.B.C.D.【解析】选C。甲烷在光照条件下可与Cl2发生取代反应，在点燃条件下可与O2反应生成CO2和H2O；甲烷与硝酸、溴水、烧碱、酸性KMnO4溶液均不发生化学反应。4.(2020扬州高一检测)下列关于甲烷的叙述正确的是()A.甲烷分子的空间构型是正四面体形，所以CH2Cl2有两种不同构型B.甲烷可以与氯气发生取代反应，因此可以使氯水褪色C.甲烷能够燃烧，在一定条件下会发生爆炸，因此是矿井安全的重要威胁之一D.将甲烷与氯气按11体积比混合，光照条件下就可得到比较纯净的CH3Cl【解析】选C。A中结合甲烷空间结构可知，CH2Cl2只有一种构型，A错误
4、；甲烷能与干燥的氯气在光照条件下发生取代反应，但与氯水不反应，B错误；甲烷与氯气的取代反应无论量多少，生成物都是混合物，D错误。5.(2020泰州高一检测)鉴别CH4、CO、H2三种无色气体的方法是()A.点燃通入澄清石灰水加入溴的四氯化碳溶液B.点燃罩上小烧杯加入澄清石灰水C.点燃通入澄清石灰水D.点燃通入酸性KMnO4溶液【解析】选B。根据燃烧后的产物来判断，甲烷燃烧后生成CO2和H2O，H2燃烧后生成H2O，CO燃烧后生成CO2。在火焰的上方罩一个干燥的小烧杯，出现水雾的是甲烷和H2，没有水雾的是CO；然后在有水雾的两个小烧杯里加入澄清石灰水，出现浑浊的是甲烷，无现象的是H2。6.(20
5、20泰州高一检测)下列说法中正确的是()A.相对分子质量相同，组成元素也相同的化合物一定互为同分异构体B.凡是分子组成相差一个或若干个CH2原子团的物质，一定互为同系物C.两种物质的组成元素相同，各元素质量分数也相同，则二者一定互为同分异构体D.分子式相同的不同有机物一定互为同分异构体【解析】选D。相对分子质量相同，组成元素也相同的化合物不一定互为同分异构体，如CH3CH2OH和HCOOH，A项错误。分子组成相差一个或若干个CH2原子团的物质，不一定互为同系物，如环丙烷()和1-丁烯(CH3CH2CHCH2)，B项错误。两种物质的组成元素相同，各元素质量分数也相同，二者不一定互为同分异构体，如
6、乙烯(C2H4)和环丁烷()，C项错误。分子式相同的不同有机物一定互为同分异构体，D项正确。【加固训练】关于CH4和的叙述不正确的是()A.均能用CnH2n+2组成通式来表示B.与所有烷烃互为同分异构体C.因为它们结构相似，所以它们的化学性质相似D.它们互为同系物【解析】选B。B项它们与其他烷烃互为同系物；C项化学性质相似；D项它们结构相似，相差4个“CH2”原子团，互为同系物。7.下列关于同系物的说法中，错误的是()A.同系物具有相同的最简式B.同系物能符合同一通式C.同系物中，相邻的同系物彼此在组成上相差一个“CH2”原子团D.同系物的化学性质基本相似，物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化
7、【解析】选A。结构相似，必属同一类物质，因此有同一通式，但不一定有相同的最简式，A错误，B正确；相邻同系物组成上相差一个“CH2”原子团，C正确；因结构相似，所以化学性质基本相似，但组成上的差异使得物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化，D正确。8.把纯净的甲烷和氯气混合在集气瓶中，用塑料片盖好，放在光亮的地方，片刻后，下列有关说法不正确的是()A.瓶内气体的压强不变B.瓶内气体颜色逐渐变浅C.产物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和 HClD.将蘸有浓氨水的玻璃棒伸入瓶内会出现白烟【解析】选A。甲烷与氯气反应是气体的物质的量减小的反应，故反应后瓶内气体压强变小，故A错误；氯气为黄
8、绿色气体，在反应中被消耗，而生成的有机产物和HCl均无色，故气体颜色变浅，故B正确；甲烷可以发生一氯取代、二氯取代、三氯取代和四氯取代，故产物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，故C正确；甲烷的取代反应有HCl气体生成，能和浓氨水挥发出的氨气发生化合反应生成氯化铵固体，表现为有白烟生成，故D正确。9.(教材二次开发原创题)美国宇航局(NASA)马里诺娃博士发现了一种比二氧化碳高104倍的“超级温室气体”全氟丙烷(C3F8)，提醒人们慎用含氟物。有关全氟丙烷的说法正确的是()A.分子中3个碳原子可能处于同一直线上B.全氟丙烷的电子式为FC.由丙烷转化为全氟丙烷的反应为取代反
9、应D.全氟丙烷属于烷烃【解析】选C。A项，3个碳原子不可能处于同一直线上，错误。B项，电子式中氟原子周围应有8个电子，错误。C项，丙烷上的氢原子全部被氟原子取代得到全氟丙烷，正确。D项，全氟丙烷中含有碳、氟元素，不含氢元素，不属于烷烃，错误。10.(2020徐州高一检测)有机物分子里的某些原子(或原子团)被其他原子(或原子团)所替代的反应叫取代反应。下列反应属于取代反应的是()A.CH4C+2H2B.2HI+Cl22HCl+I2C.CH4+2O2CO2+2H2OD.CH4+Cl2CH3Cl+HCl【解析】选D。A属于分解反应，B属于置换反应，C属于氧化还原反应(燃烧)，D属于取代反应。二、非选
10、择题(本题包括2小题，共30分)11.(15分)如图是几种烷烃的球棍模型，试回答下列问题：(1)A、B、C三者的关系是_。(2)A的分子式为_，C的分子式为_。(3)写出C的同分异构体的结构简式_。【解析】据球棍模型知结构简式分别为A.CH3CH3，B.CH3CH2CH3，C.CH3CH2CH2CH3，名称分别为乙烷、丙烷、正丁烷，它们分子组成上依次相差一个“CH2”，互为同系物。答案：(1)同系物(2)C2H6C4H10(3)12.(15分)(2020衢州高一检测)为了验证甲烷的燃烧产物，某同学设计了甲烷的燃烧实验(如图所示)：根据实验装置完成下列实验步骤和现象：(1)点燃甲烷前必须进行的实
11、验步骤是_，如何操作？_。(2)开始抽气后，在漏斗下方点燃甲烷，可观察到的现象是_。(3)如果将B、C两个装置的位置交换，会对实验结论产生什么影响？_。【解析】(1)为了防止甲烷中混有氧气，在点燃时发生爆炸，所以点燃前要验纯；其验纯的操作为用排水法收集一小试管甲烷，然后靠近点燃的酒精灯，如果发出“噗”的声音则表明纯净，如果发出尖锐的爆鸣声则表明不纯净。(2)开始抽气后，在抽气作用下，甲烷的燃烧火焰被吸入漏斗内，甲烷燃烧生成二氧化碳和水蒸气，无水硫酸铜遇到水会变蓝色，二氧化碳使澄清石灰水变浑浊。(3)C中为澄清石灰水溶液，B、C两个装置的位置交换，先检验二氧化碳，二氧化碳通过澄清石灰水，则会带出
12、水蒸气，用B中无水硫酸铜检验水时，无法确定水是否是由甲烷燃烧生成的。答案：(1)验纯用排水法收集一小试管甲烷，然后靠近点燃的酒精灯，如果发出“噗”的声音则表明纯净，如果发出尖锐的爆鸣声则表明不纯净(2)火焰被吸入漏斗内，干燥管中无水CuSO4慢慢变蓝，洗气瓶中澄清石灰水逐渐变浑浊(3)不能验证是否产生水蒸气(20分钟30分)一、选择题(本题包括2小题，每小题6分，共12分)13.(2020台州高一检测)在光照条件下，CH4与Cl2能发生取代反应。若将1 mol CH4与Cl2完全反应，待反应完成后测得四种取代物的物质的量之比为1234，则消耗的Cl2为()A.1.0 molB.2.0 molC
13、.3.0 molD.4.0 mol【解析】选C。1 mol CH4与Cl2发生取代反应，若生成的四种取代物的物质的量之比为1234，则生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的物质的量分别为0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol，这四种氯代物中n(Cl)=0.1 mol1+0.2 mol2+0.3 mol3+0.4 mol4=3.0 mol，根据取代反应的特点知n(HCl)=3.0 mol，根据元素守恒可判断参加反应的氯气的物质的量n(Cl2)=3.0 mol。14.(双选)(2020无锡高一检测)下列说法正确的是()A.烷烃的通式为CnH2n+2，随n的增
14、大，碳元素的质量分数逐渐减小B.和互为同系物C.丙烷的空间填充模型为D.分子式为C2H6和分子式为C5H12的烷烃的一氯代物的数目可能相同【解析】选B、D。随着碳原子数的增多，烷烃的含碳量逐渐增大，故A错误；和的结构相似、分子组成相差一个“CH2”原子团，二者互为同系物，故B正确；丙烷的球棍模型为，故C错误；CH3CH3的一氯代物只有1种，C5H12有3种同分异构体，其中的一氯代物只有1种，故D正确。【加固训练】一定体积的甲烷在一定量O2中燃烧后得到的产物为CO、CO2和水蒸气，测得混合气体的质量为49.6 g，将混合气体缓慢通过无水CaCl2时，CaCl2质量增加25.2 g，则混合气体中C
15、O2的质量为()A.12.5 gB.13.2 gC.19.7 gD.24.4 g【解析】选B。CaCl2吸收水蒸气，生成H2O 25.2 g，即生成1.4 mol H2O；根据氢原子守恒，可得CH4为0.7 mol；再根据碳原子守恒，可得CO和CO2共0.7 mol，可得44 gmol-1n(CO2)+28 gmol-10.7 mol-n(CO2)=49.6 g-25.2 g，可得n(CO2)=0.3 mol，m(CO2)=13.2 g。二、非选择题(本题包括1小题，共18分)15.(2020舟山高一检测)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
16、中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：根据设计要求回答：(1)B装置有三种功能：控制气流速度；均匀混合气体；_。(2)设V(Cl2)/V(CH4)=x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应_。(3)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是_。(4)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(5)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，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式：_。(6)E装置除生成盐酸外，还含有油状有机物，从E中分离出油状有机物的最佳方法为_。该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为_(填字母)。a.C
17、H4b.CH3Clc.CH2Cl2d.CHCl3e.CCl4【解析】(1)B装置的三个作用：控制气流速度从而达到合适的反应比例；均匀混合气体，便于后续实验；干燥混合气体。(2)当发生反应：CH4+4Cl2CCl4+4HCl时生成HCl气体最多，所以要保证=x4。(3)KI能吸收多余的Cl2，反应的化学方程式为Cl2+2KI2KCl+I2。(4)E装置既吸收反应生成的HCl气体，同时还防止倒吸。(5)根据信息知黑色小颗粒应为碳粉，根据原子守恒应为CH4+2Cl2C+4HCl。(6)分离难溶于水的油状液体可用分液法。反应物CH4可能有剩余，生成物CH3Cl为气体，CH2Cl2、CHCl3、CCl4为液体，所以尾气的主要成分为CH4和CH3Cl。答案：(1)干燥混合气体(2)大于或等于4(3)吸收过量的氯气(4)CD (5)CH4+2Cl2C+4HCl(6)分液ab