1、甲烷的性质(40分钟70分)一、选择题(本题10小题,每小题4分,共40分)1.(2020南昌高一检测) “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)。2.天然气的主要成分为CH4,CH4属于()A.无机物B.有机物C.氧化物D.单质【解析】选B。有机物是含有碳元素的化合物,但含有碳元素的化合物不一定是有机物,如CO2。碳氢化合物都属于有机物
2、,甲烷是最简单的碳氢化合物。【方法规律】有机物即有机化合物。含碳化合物(一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐、金属碳化物、氰化物除外)或碳氢化合物及其衍生物都是有机物。3.(2020北京市朝阳区高一检测)二氟甲烷是性能优异的环保产品,用作空调、冰箱等中的制冷剂。判断二氟甲烷的结构简式()A.有4种B.有3种C.只有1种D.有2种【解析】选C。由于甲烷是正四面体结构,所以其中的任何两个H原子被F原子取代,产物的结构都是相同的。因此二氟甲烷的结构简式只有一种。4.(2020长春高一检测)下列关于甲烷的叙述正确的是()A.甲烷是天然气、煤矿坑道气的主要成分,在煤矿中,闻到甲烷的气味就快速撤离B.甲烷可以
3、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。甲烷气体无色无味,A错误;甲烷能与干燥的氯气在光照条件下发生取代,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.将标准状况下的11.2 L甲烷和22.4 L氧气混合点燃,恢复到原状况后,气体的体积为()A.11.2 LB.22.4 LC.33.6 LD.44.8 L【解析】选A。CH4+2O2CO2+2H2O,因11.2 L甲烷与22.4 L氧气恰好完全反应生成
4、11.2 L的CO2气体,此时H2O不是气体,故选A。6.(2020石家庄高一检测)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,其他两段为液体,已知液体与气体不反应,使CH4和Cl2在一定的光照下缓慢反应,则中间气柱的位置和长度的变化情况是(假设中间气柱未移出U形管的水平部分)()A.左移,变长B.左移,变短C.不变,变长D.左移,不变【解析】选A。CH4和Cl2在光照下缓慢反应生成了液态的CH2Cl2、CHCl3和CCl4,使得气体总的物质的量减少,U形管左侧气体总体积减小,压强减小,则右侧液面下降,气柱左移;中间气柱的压强减小,由于气体的物
5、质的量不变,体积应增大,则长度变大,故选A。7.下列说法正确的是()A.甲烷分子的比例模型为,其二氯取代物有2种结构B.甲烷分子的球棍模型为C.天然气不属于可再生能源D.标准状况下,11.2 L CCl4中含有CCl键的数目为2NA【解析】选C。甲烷分子的比例模型为,其二氯取代物有1种结构,所以A项和B项均错误;天然气为化石燃料,属于不可再生能源,C项正确;标准状况下,CCl4是液态不是气态,所以11.2 L CCl4的物质的量不是0.5 mol,D错误。8.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.点燃将气体通入无水硫酸铜中C.点燃罩上干冷烧杯罩上涂有澄
6、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】选C。三者与溴水、澄清石灰水均不反应,故A错误;点燃,燃烧产物使无水硫酸铜由白色变成蓝色,则说明原气体中含有氢元素,甲烷和氢气中均含有氢元素,不能鉴别,故B错误;点燃,燃烧产物用干冷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,从而区分鉴别出三者,故C正确;点燃,燃烧产物通入罩上涂有澄清石灰水的烧杯,只能检验出是否生成CO2,无法判断甲烷和CO,D错误。9.(教材二次开发原创题)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
7、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
8、确。10. 已知正四面体形分子E和直线形分子 G 反应,生成四面体形分子 L 和直线形分子 M(组成 E 分子的元素原子序数均小于10,组成 G 分子的元素为第3周期的元素)。如图所示,则下列判断中正确的是()A.常温常压下,L是一种液态有机物B.E的二溴代物只有一种结构C.G具有强氧化性和漂白性D.上述反应不属于取代反应【解析】选B。本题考查甲烷和氯气的反应,E是甲烷;G是直线形分子,组成G分子的元素为第3周期的元素,且G是双原子分子,所以G是Cl2,该反应是甲烷和氯气发生取代反应生成一氯甲烷和氯化氢,即L是一氯甲烷,M是氯化氢。常温常压下,一氯甲烷是气体,但二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳是液
9、体,故A错误;甲烷是正四面体结构,甲烷的二溴代物只有一种结构,故B正确;氯气有强氧化性,但是没有漂白性,次氯酸有漂白性,故C错误;甲烷中的氢原子被氯原子取代生成一氯甲烷,属于取代反应,故D错误。二、非选择题(本题包括2小题,共30分)11.(14分)如图所示,U形管的左端被水和胶塞封闭,充有甲烷和氯气(体积比为14)的混合气体,假定氯气在水中的溶解可以忽略不计。将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在光亮的地方,让混合气体缓慢反应一段时间。(1)假设甲烷与氯气充分反应,且只生成一种有机物,请写出该反应的化学方程式 。(2)经过几个小时的反应后,U形管右端的水面变化是。A.升高B.降低C.不变D
10、.无法确定(3)U形管左端的气柱变化是。A.体积增大B.体积减小C.消失D.不变(4)U形管右端的水面变化的原因是 。【解析】甲烷与氯气可能发生的反应有CH4+Cl2CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl,CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl,CHCl3+Cl2CCl4+HCl。由反应方程式可知,反应生成的CCl4等是液体,反应后气体的物质的量减少,且生成的HCl易溶于水,所以左端压强减小直至为零,气柱消失,右端的水面降低。答案:(1)CH4+4Cl2CCl4+4HCl(2)B(3)B、C(4)反应生成的CCl4等是液体,反应后气体的物质的量减少,且生成的HCl易溶于水,
11、所以左端压强减小直至为零,气柱消失,右端的水面降低12.(16分)(2020廊坊高一检测)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验步骤是 ,如何操作? 。(2)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)抽气后,在抽气作用下,甲烷
12、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3小题,每小题5分,共15分)13.(2020大
13、同高一检测)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,则原混合气体中CO2的质量为()A.12.5 gB.13.2 gC.19.7 gD.24.4 g【解析】选B。无水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)=
14、0.3 mol,m(CO2)=13.2 g。14. 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。下列化学反应中不属于取代反应的是()A.CH2Cl2+Br2CHBrCl2+HBrB.CH3OH+HClCH3Cl+H2OC.2Na+2H2O2NaOH+H2D.CH3CH2Br+H2OCH3CH2OH+HBr【解析】选C。取代反应是指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。C项中的反应为置换反应,不是有机反应,更不是取代反应。15.(2020威海高一检测)某兴趣小组用如图装置探究甲烷与氯气反应同时收集副产品盐酸,下列说法正确的是()
15、A.浓硫酸在整套装置中的作用是干燥气体B.采用200 mL 8 molL-1浓盐酸与足量二氧化锰反应最多可得0.4 mol Cl2C.石棉上可滴加饱和食盐水,用于吸收氯气D.光照一段时间,装置C硬质玻璃管内壁出现的黑色小颗粒可能是碳【解析】选D。观察装置可知,浓硫酸不仅可以干燥气体,还可以使气体混合均匀,同时能够通过观察气泡判断流速,故A错误;200 mL 8 molL-1盐酸物质的量n=cV(aq)=8 molL-10.2 L=1.6 mol,盐酸浓度变小后,与二氧化锰不再反应,根据MnO24HClCl2,因此生成的氯气的物质的量小于0.4 mol,故B错误;氯气难溶于饱和食盐水,不可用饱和
16、食盐水吸收氯气,故C错误;由组成元素分析,黑色小颗粒可能是碳,故D正确。二、非选择题(本题包括1小题,共15分)16.氯仿(CHCl3)是甲烷与氯气光照取代的产物之一,主要用来生产氟利昂、染料和药物,在医学上,常用作麻醉剂。还可用作抗生素、香料、油脂、树脂、橡胶的溶剂和萃取剂。与四氯化碳混合可制成不冻的防火液体,还用于烟雾剂的发射药、谷物的熏蒸剂和校准温度的标准液。某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程,设计的模拟装置如下:根据设计要求回答:(1)盛装浓硫酸的洗气瓶起到什么作用?提示:浓硫酸不但能吸收甲烷中的水蒸气,还能使甲烷和氯气混合均匀,并通过冒气泡的快慢程度控制气体的流速。(2)C装置的石
17、棉中均匀混有KI粉末,其作用是什么?提示:吸收未反应的Cl2。C装置的石棉中均匀混有KI粉末,KI会和氯气反应,产生KCl,防止氯气污染大气,其作用是吸收未反应的Cl2。(3)HCl极易溶于水,D装置用于吸收HCl的优点是什么?提示:既能吸收HCl气体,又能防止倒吸。D装置中有水,是为了吸收产生的HCl气体;使用干燥管,是为了防止倒吸。(4)从环保的角度考虑,该装置还不完善,原因是尾气没有彻底处理,其尾气主要成分可能有下列哪几种?a.CH4b.CH3Clc.CH2Cl2d.CHCl3e.CCl4提示:a、b。从环保的角度考虑,该装置还不完善,原因是尾气处理不彻底,甲烷在光照下与氯气发生取代反应,生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4,其中CH3Cl为气体,还有未反应完的甲烷,所以其尾气主要成分可能有CH4、CH3Cl。(5)其他条件均不变,若去掉A装置,则D中所得盐酸的浓度将变小,你认为可能的原因是什么?提示:A装置中的浓硫酸起到干燥气体的作用,HCl气体极易溶于水,其他条件均不变,若去掉A装置,反应过程中HCl气体大部分溶于原CH4所带的水,形成液滴残留在硬质玻璃管中。