1、课时作业16 天然气的利用 甲烷时间：45 分钟 满分：100 分一、选择题(每小题 4 分，共 48 分)1下列关于甲烷的说法正确的是()A实验室可用向上排空气法收集甲烷B甲烷点燃之前需要验纯C甲烷可以与溴水发生取代反应D甲烷在空气中燃烧只可能生成 CO2 和 H2OB解析：甲烷的密度小于空气，实验室可用向下排空气法收集甲烷，A 项错误；甲烷是可燃性气体，点燃之前需要验纯，B 项正确；甲烷与溴水不发生取代反应，与 Br2 在光照条件下发生取代反应，C 错误；若甲烷在空气中燃烧不完全，可能生成 CO 和H2O，D 项错误。2在光照条件下，将等物质的量的甲烷和氯气充分反应，所得产物中物质的量最多
2、的是()ACH3Cl BCH2ClCCHCl3DHClD解析：光照条件下，甲烷和氯气的取代反应每一步都生成了HCl，故产物中 HCl 的物质的量最多。3下图是 CH4、CCl4、CH3Cl 的分子球棍模型图，下列说法正确的是()ACH4、CCl4 和 CH3Cl 都是正四面体结构BCH4、CCl4 都是正四面体结构CCH4 和 CCl4 中的化学键均为非极性键DCH4、CCl4 的结构相同，性质也相同B解析：CCl4 分子的空间结构同 CH4 相似，为正四面体结构，CH3Cl 中的 CH 键和 CCl 键不同，不是正四面体结构。4下列说法正确的是 ()A含碳元素的化合物都是有机物B完全燃烧只生
3、成 CO2 和 H2O 的化合物都是烃C大多数有机物分子中碳原子与碳原子之间或碳原子与其他原子之间相结合的化学键是非极性共价键和极性共价键D有机物完全燃烧只可能生成 CO2 和 H2OC解析：有机物通常是指含碳元素的化合物，但 CO、CO2、Na2CO3 等少数物质，虽含有碳元素，但其性质却跟无机物相似，故一般把它们归为无机物。完全燃烧只生成 CO2 和 H2O，仅说明该化合物中含有 C、H 两种元素，但不一定说明只由 C、H 两种元素组成，例如，乙醇(C2H6O)完全燃烧也只生成 CO2 和 H2O，但乙醇不是烃。有机物中碳与碳之间不论是单键、双键、叁键，都是非极性共价键，而碳与其他原子间多
4、为极性共价键，故 C 选项正确。有些有机物除含碳、氢、氧外，还含有氮、硫、卤素、磷等，它们完全燃烧可能还会生成 SO2、氮的氧化物等物质。5下列物质在一定条件下可跟 CH4 发生化学反应的是()A酸性高锰酸钾溶液B溴水C氢氧化钠溶液D溴蒸气D解析：在通常情况下，CH4 的化学性质比较稳定，不与强酸、强碱、强氧化剂发生反应，不能使酸性高锰酸钾溶液、溴水褪色，但在光照条件下能与溴蒸气发生取代反应。6已知天然气的主要成分 CH4 是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的 CH4 和 CO2 产生的温室效应前者大。下列叙述：天然气与煤、石油相比是较洁净的能源；等质量的 CH4 和CO2 产生的温室效应
5、也是前者大；燃烧天然气也是酸雨的成因之一。其中正确的是()A只有B只有C和D和C解析：根据题示信息。等物质的量的 CH4 和 CO2 产生的温室效应前者大，那么等质量的 CH4 和 CO2，前者物质的量大，产生的温室效应更大，所以正确。天然气燃烧的产物是 CO2和 H2O，而煤、石油燃烧的产物除 CO2 和 H2O 外，还有 SO2 等有害气体，所以天然气是比较洁净的能源，正确。酸雨主要是硫的氧化物和氮的氧化物溶于水所致，大量排放 SO2 是其主要原因，而天然气的燃烧不会产生 SO2，故不正确。7将 1 mol 甲烷和适量的 Cl2 混合后光照，充分反应后生成的 CH3Cl、CH2Cl2、CH
6、Cl3、CCl4 四种有机产物的物质的量依次增大 0.1 mol，则参加反应的 Cl2 的物质的量为()A1.5 mol B3 molC4.5 mol D6 molB解析：解答此题宜用原子守恒法。CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 中的碳原子都是从 CH4 中来的，故这四种取代物共 1 mol，设 CH3Cl 的物质的量为 x，则 x(x0.1 mol)(x0.2 mol)(x0.3 mol)1 mol，得 x0.1 mol，即 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 四种有机产物的物质的量依次为 0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol，含 Cl 原
7、子的物质的量共为 0.1 mol10.2 mol20.3 mol30.4 mol43 mol。而一个 Cl2 分子中只有一个 Cl 原子参加取代反应，因此消耗的 Cl2 也为 3 mol。8(多选)下列叙述正确的是 ()A由甲烷分子呈正四面体形结构可推知一氯甲烷分子也呈正四面体形结构B在甲烷的四种氯的取代物中，只有四氯甲烷是正四面体结构C由甲烷(CH4)的氯代物有 4 种，可推知乙烷(结构式为)的氯代物有 6 种D由于 CH4 是易燃易爆的气体，所以点燃 CH4 前一定要检验其纯度BD解析：9实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。光照下反应一段时间后，下列装置示意图中能正确
8、反映实验现象的是()D解析：甲烷与氯气发生取代反应生成 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 和 HCl，因此观察到试管内颜色变浅，生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4 为油状液体，且氯气易溶于有机物，故观察到试管内壁有浅黄色的油状液滴，只有 CH3Cl 和 HCl 为气体，因此反应后气体的体积减小，且 HCl 易溶于水，因此导致试管内压强减小，饱和食盐水会进入试管内形成一段水柱，因此答案为 D。10一定量的 CH4 燃烧后得到的产物是 CO、CO2、H2O(g)，此混合物的质量为 49.6 g，当其缓缓通过足量的无水 CaCl2 时气体质量减少 25.2 g，则混合气中 CO
9、的质量为()A24.4 g B13.2 gC12.5 g D11.2 gD解析：n(H2O)25.2 g18 gmol11.4 mol由氢原子守恒得：n(CH4)nH2O20.70 mol由碳原子守恒得：n(CO)n(CO2)0.70 mol碳的氧化物总质量为 49.6 g25.2 g24.4 g设 CO 与 CO2 的物质的量分别为 x 和 y。由碳原子物质的量守恒和质量守恒可得：xy0.7 mol28 gmol1x44 gmol1y24.4 g 解得x0.4 moly0.3 molm(CO)0.4 mol28 gmol111.2 g。11个体小煤矿经常发生瓦斯爆炸事故，造成多人伤亡，因此在
10、矿井里，必须采取安全措施，如通风、严禁烟火等，而且要随时检查瓦斯的体积分数，如果空气中含甲烷 5%15%，遇到明火会发生爆炸。发生最强烈爆炸时空气中甲烷所占的体积分数是()A5%B9.1%C10.5%D15%B解析：爆炸极限是指可燃性气体与空气的混合物点燃能发生爆炸的浓度范围。事实上在这个浓度范围内爆炸强弱程度不同，其中有一个爆炸最强点，它所要满足的条件是：在混合气体中，可燃性气体与助燃性气体的体积比恰好是完全反应时的比值。根据反应 CH42O2点燃 CO22H2O，恰好完全反应时 V(CH4)V(O2)12，空气中氧气所占的体积比约为 1/5，甲烷占混合气体的体积分数约为 1/(110)10
11、0%9.1%。12如图所示，集气瓶内充满某混合气体，置于光亮处，将滴管内的水挤入集气瓶后，烧杯中的水会进入集气瓶，则集气瓶中气体是()CO、O2 Cl2、CH4 NO2、O2N2、H2ABCDD二、非选择题(共 52 分)13(12 分)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。H2(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。COCH4 或 H
12、2、CO 或 H2、CH4 或 CO、CH4 或 H2、CO、CH4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。2H2O2=点燃 2H2O,2COO2=点燃 2CO2，CH42O2点燃 CO22H2O，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、
13、CO；H2、CH4；CO、CH4；H2、CO、CH4。14(12 分)在光照的条件下，将 1 mol 甲烷与一定量的氯气充分混合，经过一段时间，甲烷和氯气均无剩余，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢。(1)若已知生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的物质的量分别为 a mol、b mol、c mol，生成的混合物经水洗后所得气体在标准状况下的体积为。(2)该反应中消耗的氯气的物质的量是。22.4(1abc)L(1a2b3c)mol解析：(1)水洗后所得的气体为 CH3Cl，由碳原子守恒可知其物质的量为(1abc)mol，标准状况下体积为 22.4(1abc)L。(2)CH4 与
14、Cl2 的取代反应，取代 1 mol H 需要 1 mol Cl2。由原子守恒可得出四种取代产物对应的 Cl2 的量，总共取代 H 为(1abc)2a3b4cmol，即所需 Cl2 物质的量为(1a2b3c)mol。15(10 分)如图所示是某同学利用注射器设计的简易实验装置。向甲注射器中注入 10 mL CH4，同温同压下向乙注射器中注入 50 mL Cl2，再将乙注射器中的气体推入甲注射器中，用日光照射甲注射器一段时间，气体在甲注射器中反应。(1)下列是某同学预测的实验现象：气体最终变为无色 实验过程中，甲注射器中活塞向内移动 甲注射器内壁出现油状液滴 产生火花其中正确的是(填序号)。(2
15、)甲注射器中发生反应的反应类型为。(3)反 应 后，可 用 于 吸 收 甲 注 射 器 中 剩 余 气 体 的 试 剂是。A水BNaOH 溶液CAgNO3 溶液D饱和食盐水(4)反应后，若将甲注射器中的物质推入盛有适量 AgNO3 溶液的小试管中，则观察到的现象为，再向其中滴入几滴紫色石蕊溶液，又可观察到的现象为。取代反应液体分为两层，产生白色沉淀B溶液先变红后褪色解析：在光照下，甲烷与氯气发生连锁反应：CH4Cl2光CH3Cl HCl，CH3Cl Cl2 光CH2Cl2 HCl，CH2Cl2 Cl2光CHCl3HCl，CHCl3Cl2光CCl4HCl。(1)理论上，甲烷与氯气体积比为 14
16、时二者恰好完全反应，而甲中氯气与甲烷体积比为 5141，说明氯气过量，最终气体中仍有氯气。反应进行过程中不会产生火花。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，甲中活塞向内移动。(2)甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代，故甲中发生的是取代反应。(3)剩余气体中含有氯气和氯化氢，可用氢氧化钠溶液吸收剩余气体。(4)生成的 HCl 会与 AgNO3 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，若加入几滴石蕊，溶液会先变红后褪色，因有 Cl2 剩余。16(18 分)利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸
17、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；。干燥混合气体(2)设 CH4 的量为定值，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(填序号)。A收集气体 B吸收氯气C防止倒吸 D吸收氯化氢大于或等于 4吸收过量的氯气CD(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，
18、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(填序号)。aCH4 bCH3Cl cCH2Cl2 dCHCl3 eCCl4CH42Cl2强光 C4HCl分液ab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：CH44Cl2光CCl44HCl 时，CH4 为一定量，生成 HCl 气体最多，所以要保证 VCl2VCH4x4。(3)KI 能吸收多余的 Cl2，反应的化学方程式为 Cl22KI=2KClI2。(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 CH42Cl2强光 C4HCl。(6)分离难溶于水的油状液体可用分液法。