1、烷烃的性质(40分钟70分)一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分)1.(2020沈阳高一检测)下列有关叙述中正确的是()A.等质量的CH4和CO2产生的温室效应是后者大B.达到最强烈爆炸点时,CH4与O2的体积之比等于13C.甲烷与氯气发生取代反应,其氯代产物与HCl分离可采用水洗法D.甲烷为正四面体结构而不是平面四边形结构的事实是CHCl3只有一种结构【解析】选C。等质量的甲烷和二氧化碳相比,甲烷物质的量大于二氧化碳,则等质量的CH4和CO2产生的温室效应是前者大,故A错误;甲烷与氧气恰好反应时爆炸最强烈,CH4与O2的体积之比等于12时恰好完全反应,故B错误;卤代烃难溶于水,
2、HCl易溶于水,所以甲烷与氯气发生取代反应,其氯代产物与HCl分离可采用水洗法,故C正确;二氯甲烷只有一种结构说明甲烷是正四面体,CHCl3只有一种结构,不能解释甲烷为正四面体结构而不是平面四边形结构。2.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,下列有关实验现象和结论中,正确的是()反应后Cl2完全反应而CH4有剩余瓶内壁有油状液滴生成最后有CH4、Cl2、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl七种物质共存只有CH3Cl和HCl两种产物A.B.C.D.【解析】选B。有机化学反应进行不彻底,故反应后有CH4和Cl2剩余,产物有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、C
3、Cl4和HCl。【方法规律】甲烷发生取代反应的有关规律(1)反应条件和反应物:反应条件为光照,反应物为卤素单质。例如甲烷与氯水、溴水不反应,但可以与氯气、溴蒸气发生取代反应。(2)反应产物:虽然反应物的比例、反应的时间长短等因素会造成各种产物的比例不同,反应的产物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与氯化氢形成的混合物。(3)物质的量的关系:CH4与Cl2发生取代反应时,每1 mol 氢原子被取代,消耗1 mol Cl2分子,同时生成1 mol的HCl分子。3.(2019昆明高一检测)为验证甲烷分子中含有C、H两种元素,可将其燃烧产物通过浓硫酸;澄清石灰水;无水硫酸铜。
4、正确的顺序是()A.B.C.D.【解析】选D。要证明CH4中含有C、H两种元素,可通过验证其燃烧产物为CO2和H2O来证明,选、,检验时应先检验H2O后检验CO2,故顺序为。4.鉴别甲烷、一氧化碳和氢气3种无色气体的方法,是将它们()A.先后通入溴水和澄清石灰水B.点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯C.先点燃,后罩上干燥的冷烧杯和涂有澄清石灰水的烧杯D.点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯,通入溴水【解析】选C。CH4、CO和H2与溴水、澄清石灰水都不反应,A项不可选。CH4和CO燃烧都生成CO2,B、D项不可选。干冷的烧杯可检验燃烧产物中是否有水生成,涂澄清石灰水的烧杯可检验燃烧产物是否有CO2生成。
5、5.若要使0.5 mol CH4完全和Cl2发生取代反应,并生成相同物质的量的四种取代产物,则生成HCl的物质的量为()A.2.5 molB.2 molC.1.25 molD.0.5 mol【解析】选C。0.5 mol CH4生成等物质的量的4种取代产物,即0.125 mol CH3Cl、0.125 mol CH2Cl2、0.125 mol CHCl3、0.125 mol CCl4,生成HCl的物质的量为n(HCl)=0.125 mol1+0.125 mol2+0.125 mol3+0.125 mol4=1.25 mol,故选C项。6.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
6、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.取代反应大多数是可逆的,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,不会有多种产物共存的现象【解析】选C。取代反应的生成物中不一定有单质,如甲烷与氯气的取代反应,A错;取代反应有的是氧化还原反应,有的不是,B错;由于取代反应是逐步进行的,因而生成物中可能会存在多种产物共存的现象,D错。7.下列有关烷烃的叙述中,正确的是()在烷烃分子中,所有的化学键都是单键烷烃中除甲烷外,很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去分子通式为CnH2n+2的烃一定是烷烃所有的烷烃在光照条件下都能与
7、氯气发生取代反应光照条件下,乙烷通入溴水中,可使溴水褪色A.B.C.D.【解析】选C。在烷烃分子中,无论是CC键还是CH键,所有的化学键都是单键,正确;在烷烃中都不能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去,错误;分子通式为CnH2n+2的烃达到结合氢原子的最大数目,所以一定是烷烃,正确;烷烃的特征反应是取代反应,所以所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应,正确;光照条件下,乙烷通入溴水中,不能使溴水褪色,错误。8.有A、B两种烃,含碳的质量分数相等。关于A和B的下列叙述正确的是()A.A和B一定是同分异构体B.A和B不可能是同系物C.A和B的实验式相同D.A和B各1 mol完全燃烧后生成CO2的
8、质量一定相等【解析】选C。因为A、B都是烃,碳的质量分数相同,则氢的质量分数也一定相同,则C、H的个数比相同,即实验式相同,可能是同系物,例如C2H4和C3H6,但分子式不一定相同。9.(2019长春高一检测)m g甲烷燃烧后得到CO、CO2和H2O(g)组成的混合气体,其质量为14.4 g,通过足量碱石灰后,气体质量变为2.8 g,则混合气体中H2O的质量为()A.3.6 gB.1.8 g C.7.2 gD.4.8 g【解析】选C。混合气体通过碱石灰时,吸收CO2和H2O(g),剩余气体为CO,即m(CO)=2.8 g,则有m(CO2)+m(H2O)=11.6 g。由题意可知,n(CO)=0
9、.1 mol,n(CO2)+n(CO)=n(H2O),即n(CO2)+0.1 mol=n(H2O),44n(CO2)+18n(H2O)=11.6,解得n(H2O)=0.4 mol,n(CO2)=0.1 mol,故混合气体中H2O的质量为m(H2O)=0.4 mol18 gmol-1=7.2 g。10.(2019太原高一检测)如图所示,一端封闭的U形管,封闭着的一端有一段CH4和Cl2的混合气体,在水平部分有一段气柱,其他两端为液柱,已知液体与气体不反应。使CH4和Cl2在稍暗的光线下缓慢反应,则此过程中间气柱的长度将会如何变化(假设中间气柱未移出U形管的水平部分)()A.变大B.变小C.不变D
10、.无法确定【解析】选A。在U形管密封的一端,CH4和Cl2的混合气体会发生反应,生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,其中除了CH3Cl、HCl在常温下为气体外,CH2Cl2、CHCl3、CCl4在常温下都是液体,所以反应后气体的物质的量会减小,气体的总体积减小,右边液面下降,中间气柱压强减小,气柱体积会膨胀变大。二、非选择题(本题包括2小题,共20分)11.(10分)如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲管中注入10 mL CH4,同温同压下乙管中注入50 mL Cl2,将乙管气体推入甲管中,气体在甲管中反应,针管放在光亮处一段时间。(1)下列是某同学预测
11、的实验现象:气体最终变为无色;实验过程中,甲管活塞向内移动;甲管内壁有油珠;产生火花。其中正确的是_。(2)甲管中发生化学反应的类型为_。(3)反应后,甲管中剩余无机物气体能用_吸收。A.水 B.NaOH溶液C.AgNO3溶液 D.饱和食盐水(4)反应后,若将甲中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到_,若再向其中滴入几滴石蕊试液,又观察到_。【解析】在光照条件下,甲烷与氯气发生反应:CH4+Cl2CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl,CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl,CHCl3+Cl2CCl4+HCl。(1)理论上,甲烷与氯气体积比为14时,二者恰好完
12、全反应,而甲中氯气与甲烷体积比为5141,说明氯气过量,反应后仍有氯气剩余,为黄绿色。该反应进行缓慢,不会产生火花。产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体,所以气体的总物质的量减小,内部压强减小,甲管活塞向内移动。(2)甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代,故甲管中发生的是取代反应。(3)剩余气体中含有氯气和氯化氢两种无机物气体,可用氢氧化钠溶液吸收剩余气体。(4)生成的HCl会与AgNO3溶液反应生成AgCl白色沉淀,同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水而看到液体分为两层,因Cl2有剩余,若加入几滴石蕊试液,溶液会先变红后褪色。答案:(1)(2)取代反应(3)B(4)液体分为两层,
13、产生白色沉淀溶液先变红后褪色12.(10分)(2019海口高一检测)如图所示,某气体X可能由H2、CO、CH4中的一种或几种组成,将X气体点燃,燃烧后的气体通入A、B两个洗气瓶。试根据实验现象回答下列问题:(1)若A洗气瓶的质量增加,B洗气瓶的质量不变,则X气体是_。(2)若A洗气瓶的质量不变,B洗气瓶的质量增加,则X气体是_。(3)若A、B两个洗气瓶的质量都增加,则X气体可能是_。【解析】写出三种气体燃烧反应的化学方程式,然后根据浓硫酸吸水,澄清石灰水吸收CO2可得:(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,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C
14、O2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,也可以是以下组合:H2与CO;H2与CH4;CO与CH4;H2与CO和CH4。答案: (1)H2(2)CO(3)CH4和H2、CO和H2、CH4和CO、CH4和H2和CO、CH4【补偿训练】.烷烃分子可看成由CH3、CH2、和等结构组成的。如果某烷烃分子中同时存在这4种基团,所含碳原子数又最少,这种烃分子应含_个碳原子,其结构简式可能为_或_或_。.(1)请写出烷烃Cn(n1)在足量的氧气中充分燃烧的化学方程式:_。有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷4种烷烃,试回答下列各题(
15、填序号):(2)相同状况下,等体积的上述气态烃充分燃烧,消耗O2的量最多的是_。(3)等质量的上述气态烃,在充分燃烧时,消耗O2的量最多的是_。(4)10 mL某气态烃,在50 mL O2中充分燃烧,得到液态水,以及体积为35 mL的混合气体(所有气体体积均在同温、同压下测定)。该气态烃是_。【解析】.四种基团有、和三种连接方式;由此可知至少需要4个CH3才能形成烷烃,故这种烃最少应有8个碳原子,结构简式为、和。.(1)烷烃Cn在足量的氧气中充分燃烧的化学方程式为CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。(2)相同状况下,等体积即物质的量相同,消耗O2的量取决于,即丁烷消耗O2的量最多。
16、(3)等质量时消耗O2的量取决于氢的含量,即甲烷消耗O2的量最多。(4)反应前后体积之差为25 mL,根据燃烧化学方程式可知该烃为乙烷。答案:.8.(1)CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O(2)(3)(4)【方法规律】烃完全燃烧耗氧规律及特例判断的内容规律特例等体积的烃完全燃烧耗氧量多少的判断烃分子式为CxHy时,(x+)值越小,耗氧越少等体积的烃完全燃烧,CH4耗氧量最少等质量的烃完全燃烧耗氧量多少的判断烃分子内含碳量越高(即C中值小),耗氧越少等质量的烃完全燃烧,CH4耗氧量最多温度不变(高于100 ),气态烃完全燃烧,反应前后密闭容器内压强大小的判断组成为CxHy的烃,当y4
17、时,反应后压强增大乙炔燃烧后,密闭容器内的压强减小(20分钟30分)1.(6分)(2019武汉高一检测)一定量的甲烷在O2不足的情况下燃烧,得到CO、CO2和H2O的总质量为14.4 g,若其中水的质量为7.2 g,则CO的质量是()A.2.8 gB.4.4 gC.5.6 gD.在2.85.6 g之间【解析】选A。甲烷燃烧时,当O2少量时生成CO和H2O,当O2足量时生成CO2和H2O;所以在不足量的O2中燃烧生成CO、CO2和H2O。由氢原子守恒知CH4的物质的量为0.2 mol。设CO和CO2的质量分别为x,y则解得x=2.8 g。2.(6分)丁烷(C4H10)失去1个氢原子后得到丁基(C
18、4H9),丁基的结构共有()A.2种 B.3种 C.4种 D.5种【解析】选C。丁烷(C4H10)有2种结构:CH3CH2CH2CH3和,它们分子中各有2种等效氢原子,因此失去1个氢原子后得到丁基(C4H9)的结构共有4种。3.(9分)甲烷是最简单的有机物。(1)下列关于天然气的叙述中,不正确的是_(填字母,下同)。a.天然气和沼气的主要成分都是甲烷b.天然气是一种清洁能源c.天然气燃烧的废气中,SO2等污染物的含量少d.天然气和空气混合点燃,不会发生爆炸(2)写出光照条件下CH4与溴蒸气反应时一个氢原子被取代的化学方程式:_。(3)完全燃烧一定量的甲烷,其燃烧产物依次通过浓硫酸、碱石灰,使装
19、有碱石灰的玻璃管增加8.8 g。则原来的甲烷在标准状况下的体积为_L。(4)CH4和H2混合气体10 mL,完全燃烧后生成6 mL CO2 气体(气体的体积在相同状况下测定),则混合气体中CH4和H2的体积之比为_。a.23b.32c.21d.12【解析】(1)天然气和沼气的主要成分都是CH4,甲烷完全燃烧生成CO2和H2O,所以是一种清洁能源;天然气中硫元素等含量低,所以燃烧废气中SO2等污染少;天然气与空气混合点燃,如果二者比例达到某一范围就可能爆炸。(2)类似于与氯气的取代反应。(3)由题意可知m(CO2)=8.8 g,n(CO2)=0.2 mol,根据碳原子守恒知,n(CH4)=0.2
20、 mol,V(CH4)=4.48 L。(4)CH4+2O2CO2+2H2O11V(CH4)6 mLV(CH4)=6 mLV(H2)=10 mL-6 mL=4 mL故V(CH4)V(H2)=6 mL4 mL=32。答案:(1)d(2)CH4+Br2CH3Br+HBr(3)4.48(4)b4.(9分)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,其设计的模型装置如图: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
21、混有KI粉末,其作用是_。(4)E装置的作用是_(填字母序号)。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,其尾气主要成分为_(填字母序号)。a.CH4b.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+4H
22、Cl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炭粉,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。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【补偿训练】某烷烃汽化后的体积为 2 mL,在一密闭容器中与16 mL 氧气恰好完全反应生成二氧化碳和水蒸气(反应前后均为相同状态)(1)求该烷烃的分子式。(2)写出该烷烃的所有同分异构体的结构简式。(3)若该烷烃的一氯代物只有一种,写出该烷烃的结构简式。【解析】设该烷烃分子式为CnH2n+2,则由CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O12 mL16 mL可得n=5,故该烷烃的分子式为C5H12,为戊烷,其同分异构体有正戊烷、异戊烷和新戊烷3种;若该烷烃的一氯代物只有一种,则分子中12个氢原子等效,只有符合。答案:(1)C5H12(2)CH3CH2CH2CH2CH3、(3)