1、甲烷一、选择题(每小题4分，共48分，每小题只有一个正确选项)1下列事实能证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构的是(D)A四个CH键完全相同BCH4的一氯化物只有一种C在常温常压下，CH2Cl2为液体DCH2Cl2只有一种空间结构解析：无论甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，还是平面正方形结构，CH4中的四个键的键角和键长都相等，A错误；无论甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，还是平面正方形结构，CH3Cl的空间构型都只有一种，B错误；常温常压下，CH2Cl2为液体，与分子结构无关，C错误；若甲烷是平面正方形结构，则CH2Cl2有两种结构：相邻或者对角线上的两个氢原子分别被氯原子
2、取代，而实际上，CH2Cl2只有一种空间结构，因此甲烷是正四面体结构，D正确。2将1mol甲烷和适量的Cl2混合后光照，充分反应后生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、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(B)A1.5 mol B3 mol C4.5 mol D6 mol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、C
3、H2Cl2、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。3下列叙述正确的是 (B)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点燃CH4前不需要检验其纯度解析：CH4是正四面体结构，但CH3Cl中因CCl键
4、不同于CH键，所以是四面体结构，而不是正四面体结构；在甲烷的四种氯代物中，只有CCl4是正四面体结构；由乙烷的结构式可知，其一氯取代物有1种，二氯取代物有2种(、)，三氯取代物有2种，四氯取代物有2种，五氯取代物和六氯取代物各有1种，这样，C2H6的氯代物共有9种，而非6种；点燃H2、CO、CH4等易燃易爆的气体前，一定要验纯，这是实验的基本常识。4有一种无色的混合气体可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl组成。为确定其组成，进行了以下实验：将此混合气体通过浓硫酸，气体总体积基本不变；再通过过量的澄清石灰水，未见浑浊，但气体体积减小；把剩余气体在足量氧气中点燃，燃烧产物不能使无水硫酸
5、铜变色。则原混合气体一定含有(A)ACO和HCl BCH4和NH3CCH4和HCl DH2和CO2解析：将混合气体通过浓硫酸，气体总体积基本不变，则不含有NH3；再通过过量的澄清石灰水，未见浑浊，但气体体积减小，所以混合气体一定不含CO2，一定含有HCl；把剩余气体在足量氧气中点燃，燃烧产物不能使无水硫酸铜变色，说明燃烧产物不含水；混合气体一定没有CH4和H2，故原混合气体中含有CO和HCl。5把1 mol甲烷和4 mol氯气组成的混合气体充入大试管中将此试管倒立在盛有饱和食盐水的水槽里，放在光亮处，一段时间后，推测可能观察到的现象(D)黄绿色逐渐消失试管壁上有油珠试管内水面上升水槽内有少量晶
6、体析出A只有 B只有 C只有 D解析：氯气被消耗后，黄绿色消失。生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为油状液体，又因为氯气被消耗，气体的体积减小，试管内水面上升。生成的HCl溶于水降低了NaCl的溶解度，有NaCl析出。6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，则集气瓶中的气体可能是(D)CO、O2 Cl2、CH4NO2、O2 N2、H2A B C D解析：从题目的叙述情况看，所选气体组必须是与水作用后混合气体总体积减小的，此时应注意CH4与Cl2的取代反应生成HCl，HCl易溶于水，因此应选D。71 mol甲烷和Cl2发生取代反应
7、，待反应完成后，测得四种取代物的物质的量相等，则消耗Cl2的物质的量为(C)A0.5 mol B2 mol C2.5 mol D4 mol解析：依据CH4与Cl2的取代反应规律可知：1个Cl2分子取代1个H原子，同时生成1个HCl分子。所以由碳原子守恒可得，产生四种取代产物均为0.25 mol，生成0.25 mol CH3Cl需消耗n(Cl2)0.25 mol，生成0.25 mol CH2Cl2需消耗n(Cl2)0.5 mol，生成0.25 mol CHCl3需消耗n(Cl2)0.75 mol，生成0.25 mol CCl4需消耗n(Cl2)1.0 mol，因此总共消耗n(Cl2)2.5 mo
8、l。8瓦斯爆炸是空气中含甲烷5%15.4%(体积分数)遇火所产生的，发生爆炸最强烈时，甲烷在空气中的体积分数大约为(B)A10.5% B9.5% C8% D5%解析：由CH42O2CO22H2O可知瓦斯爆炸最强烈时，CH4和O2的体积比应为12，因此CH4与空气的体积比为119.5。那么它在空气中的体积分数为100%9.5%，选B。9鉴别甲烷、一氧化碳和氢气三种无色气体的方法是(C)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点燃罩上干燥的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解析：甲烷、一氧化碳和氢气均不能和溴水、澄清石灰水发生反应，先通入溴水再通入
9、澄清石灰水，均无现象，A不能鉴别：点燃后罩上内壁涂有澄清石灰水的烧杯，可以检验产物中是否有二氧化碳，但是甲烷和一氧化碳燃烧均有二氧化碳产生，B不能鉴别；点燃后罩上干燥的冷烧杯，烧杯内壁上出现水珠的原气体是甲烷和氢气，点燃后罩上内壁涂有澄清石灰水的烧杯，澄清石灰水变浑浊的原气体是甲烷和一氧化碳，C可以鉴别；点燃后罩上内壁涂有澄清石灰水的烧杯，甲烷、一氧化碳的燃烧产物均能使其变浑浊，通入溴水，均无明显现象，D不能鉴别。10下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。下列说法正确的是(B)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
10、学键完全相同DCH4、CCl4的结构相同，性质也相同解析：CH3Cl中的CCl共价键和CH共价键键长不同，故CH3Cl不是正四面体结构，CH4和CCl4的性质也不相同。11. 在光照条件下，将体积相同的甲烷气体和Cl2(常温、常压下)混合，得到的混合物中物质的量最多的是(D)ACH3Cl BCH2Cl2 CCHCl3 DHCl解析：Cl2和CH4气体的取代反应，无论按何体积比混合都将会发生各步取代反应。它不像无机反应那样固定反应物计量数可确定生成物种类。无机反应易于控制，有机反应则不易控制。在某一阶段，CH4与Cl2的每一步取代反应中都有HCl生成，因此得到的反应混合物中物质的量最多的是HCl
11、。12. 一定质量的甲烷燃烧后的产物为CO、CO2和水蒸气，此混合气体质量为49.6 g，当其缓慢经过无水CaCl2时，CaCl2增重25.2 g。原混合气体中CO2的质量为(B)A12.5 g B13.2 g C19.7 g D24.4 g解析：经过CaCl2被吸收的为水蒸气，即n(H2O)1.4 mol，根据CH4的组成可知，CO和CO2的物质的量之和为：0.7 mol，设CO2的质量为x，则CO的质量为49.6 g25.2 gx，故有关系式：0.7 mol，解得：x13.2 g。二、非选择题(共52分)13(15分)某研究性学习小组为了验证CH4是否具有还原性，设计了如下实验：(1)实验
12、过程中观察到无水CuSO4逐渐变蓝，澄清石灰水出现浑浊现象，则CH4与CuO反应的化学方程式为CH44CuOCO24Cu2H2O。(2)研究小组将CH4通入溴水时，发现溴水逐渐褪色，你认为原因可能是溴单质与甲烷发生了取代反应。请设计一个实验方案证明你的结论(用文字表示，不必画实验装置图)：用pH试纸检验反应前后溶液的pH，如果pH明显变小，则表明二者发生了取代反应(或溴单质被甲烷气体带走_用pH试纸检验反应前后溶液的pH，如果pH没有明显变化，则表明溴单质被甲烷气体带走)。解析：(1)无水CuSO4逐渐变蓝，说明有水生成，澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成，根据原子守恒，CH4与CuO反应的
13、化学方程式为CH44CuOCO24Cu2H2O。(2)CH4通入溴水时，发现溴水逐渐褪色，说明溴参加了反应或溴被带走，若发生取代反应，必有溴化氢生成，用pH试纸检验反应前后溶液的pH，pH会明显变小；若溴单质被甲烷气体带走，用pH试纸检验反应前后溶液的pH，则pH没有明显变化。14(18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)设甲烷的量一定，V(Cl2)/V(CH4)x，理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应大于或等于4
14、。(3)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是吸收过量的氯气。(4)E装置的作用是CD(填序号)。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：CH42Cl2C4HCl。(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分液。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ab(填序号)。aCH4bCH3ClcCH2Cl2dCHCl3eCCl4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
15、)当发生反应：CH44Cl2CCl44HCl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CH42Cl2C4HCl。(6)分离难溶于水的油状液体可用分液法。15(12分)某研究小组为了探究甲烷和氯气反应的情况，设计了几个实验。请填写下列空白：实验一用如图所示装置，收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照后观察到量筒内形成一段水柱，认为有氯化氢生成。(1)该反应的反应类型为取代反应。(2)该反应的化学方程式为(只写第一步)CH
16、4Cl2CH3ClHCl。(3)水槽中盛放的液体应为C(填序号)。A水 B饱和石灰水C饱和食盐水 D饱和NaHCO3溶液(4)该实验的实验现象为量筒内液面上升、黄绿色褪去、试管壁上出现油状液滴。(5)该油状液滴中含有的有机产物共有3种。实验二收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照反应后，滴加AgNO3溶液，看到有白色沉淀生成，认为甲烷与氯气反应有氯化氢生成。(6)你认为该实验设计得出的结论是否正确：不正确；若不正确，理由是氯气中滴加AgNO3溶液也会产生白色沉淀。实验三步骤一：收集半试管氯气，加入10 mL蒸馏水，充分振荡，采用DIS系统的pH传感器测溶液的pH(下同)，测得pH3.26；步骤二
17、：收集一试管甲烷和氯气的混合气体(各占50%)，在40 W的日光灯下光照6 min后，加入10 mL蒸馏水，充分振荡，测得pH1.00。(7)判断该反应中有氯化氢生成的依据是步骤二测得的pH比步骤一测得的pH低。解析：(1)甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应。(2)甲烷和氯气发生取代反应的第一步化学方程式为CH4Cl2CH3ClHCl。(3)因为氯气可溶于水，且能与水发生反应，因此水槽中不能盛放H2O，A错误；氯气与饱和石灰水发生反应，水槽中不能盛放饱和石灰水，B错误；饱和食盐水可抑制氯气的溶解，且饱和食盐水能吸收甲烷与氯气反应生成的HCl，造成量筒中气体压强减小，量筒中的液面上升，C正确；氯
18、气与饱和NaHCO3溶液发生反应，且有杂质气体CO2产生，D错误。(4)甲烷与氯气发生反应消耗氯气，故量筒内黄绿色褪去，因为生成物中CH2Cl2、CHCl3、CCl4为液体，量筒内壁上出现油状液滴，且HCl溶于饱和食盐水，造成量筒中气体压强减小，即量筒中液面上升。(5)甲烷与氯气反应的有机产物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，其中CH3Cl为气态，另外3种为液态，因此油状液滴中含有的有机物为CH2Cl2、CHCl3、CCl4，共3种。(6)氯气能与AgNO3溶液中的水反应，产生Cl，与Ag结合产生白色沉淀，因此该实验得出的结论错误。(7)根据实验，步骤二测得的pH小于步骤一测得
19、的pH，说明c(H)增大，即甲烷与氯气反应产生了HCl。16(7分)取标准状况下CH4和过量O2的混合气体840 mL，点燃，将燃烧后的气体用过量碱石灰吸收，碱石灰质量增加0.600 g。回答下列问题：(1)碱石灰吸收后所剩气体的体积为336_mL(标准状况下)。(2)原混合气体中CH4与O2的体积比为14。解析：(1)CH42O2CO22H2O,1 mol CH4完全燃烧得到的CO2和H2O共80 g，原混合气体中n(CH4)0.007 5 mol，CH4的体积为0.007 5 mol22.4103 mLmol1168 mL，剩余气体的体积840 mL168 mL3336 mL。(2)V(CH4)V(O2)168 mL(840 mL168 mL)14。