PAGEPAGE6烷烴的取代反應、官能團和同分異構現象(建議用時：40分鐘)[基礎過關練]1．下列能表示羥基的是()A．② B．①②C．②③ D．①②③④C[①是氫氧根離子；②為羥基的結構簡式；③為羥基的電子式；④是氫氧根離子的電子式。]2．把純凈的甲烷和氯氣混合，用玻璃片蓋住瓶口，放在光亮的地方，片刻后移動玻璃片，留一條縫，此時觀察到的現象有：①發生爆炸；②瓶口有白霧；③瓶內氣體顏色變淺；④瓶內有油狀物。其中正確的是()A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④B[CH4和Cl2在光照條件下生成CH3Cl(氣體)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，隨著反應的進行，Cl2不斷被消耗，黃綠色逐漸消失，又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常溫下均為無色油狀液體，故試管壁上有油狀液滴生成，所生成的HCl遇空氣中的水分形成白霧，故②③④正確；因為不是強光照射，混合物不會發生爆炸，故①不正確。]3．若甲烷與氯氣以物質的量之比為1∶3混合，在光照下得到的產物：①CH3Cl、②CH2Cl2、③CHCl3、④CCl4，其中正確的是()A．只有① B．只有③C．①②③的混合物 D．①②③④的混合物D[CH4與Cl2在光照下分步發生取代反應，四步反應同時發生，故四種有機產物共存。]4．下列有機物中，互為同分異構體的是()A．①② B．①③C．④⑤ D．④⑥A[①的分子式是C3H6，②的分子式是C3H6，③的分子式是C3H8，④的分子式是C4H6，⑤的分子式是C4H8，⑥的分子式是C4H10。只有①和②的分子式相同，結構不同，則①和②互為同分異構體。]5．有4種碳骨架如圖所示的烴，下列說法正確的是()A．a和b互為同分異構體B．b和c互為同系物C．a和b都是烷烴D．只有b和c能發生取代反應B[a和b的分子式不同，不互為同分異構體，故A錯誤；b和c的結構相似，相差1個CH2原子團，都屬于烷烴，互為同系物，故B正確；a分子中含有碳碳雙鍵，不屬于烷烴，故C錯誤；a、b、c、d四種物質均能發生取代反應，故D錯誤。]6．下列說法正確的是()A．所有的烷烴，彼此都互為同系物B．兩種化合物的組成元素相同，各元素的質量分數也相同，二者一定是同分異構體C．相對分子質量相同的幾種化合物，一定是同分異構體D．組成元素及其質量分數相同，且相對分子質量也相同的不同化合物，一定互為同分異構體D[含有相同碳原子數的烷烴，分子式相同，屬于同分異構體，不屬于同系物，A錯誤；若兩種化合物的組成元素相同，各元素的質量分數也相同，則它們的最簡式相同。最簡式相同的化合物可能是同分異構體，也可能不是同分異構體，如CH3CH2CH2CH3與屬于同分異構體，而CH2=CH2與不是同分異構體，B錯誤；相對分子質量相同的物質很多，如H3PO4和H2SO4，但它們不是同分異構體，C錯誤；當不同化合物的相對分子質量相同，其組成元素及其質量分數相同，其分子式一定相同，這樣的化合物一定是同分異構體，D正確。]7．下列分子只表示一種物質的是()A．C3H7Cl B．C3H8C．C5H12 D．C4H10B[C3H7Cl存在同分異構體：CH3CH2CH2Cl、CH3CHClCH3，所以不能只表示一種物質，A項錯誤；C3H8為丙烷，只有一種結構，不存在同分異構體，所以只能表示一種物質，B項正確；C5H12存在同分異構體：CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH2CH(CH3)CH3、C(CH3)4，所以不能只表示一種物質，C項錯誤；C4H10存在同分異構體：CH3—CH2—CH2—CH3、，所以不能表示一種物質，D項錯誤。]8．下列說法中錯誤的是()①化學性質相似的有機物互為同系物②分子組成相差一個或若干個CH2原子團的有機物互為同系物③若烴中碳、氫元素的質量分數相同，它們必定互為同系物④互為同分異構體的兩種有機物的物理性質有差別，但化學性質必定相似A．①②③④ B．只有②③C．只有③④ D．只有①②③A[互為同系物的有機物結構相似，化學性質相似，但化學性質相似的有機物不一定互為同系物，①錯誤；同系物的前提是結構相似，分子組成相差一個或若干個CH2原子團的有機物不一定互為同系物，②錯誤；C2H4與C3H6具有相同的最簡式，碳、氫元素的質量分數相同，但C2H4只能為CH2=CH2，而C3H6若為時，二者不能互為同系物，③錯誤；同分異構體之間物理性質有差別，若為同一類物質，化學性質相似，若為不同類物質，則化學性質不同，④錯誤。]9．烷烴分子可看成由—CH3、—CH2—、等結構組成的。如果某烷烴分子中同時存在這4種基團，所含碳原子數又最少，這種烴分子應含________個碳原子，分子式為________，其結構簡式可能為____________________、____________________、____________________，這三種烷烴的一氯代物共有________種。10.如圖所示，U形管的左端被水和膠塞封閉有甲烷和氯氣(體積比為1∶4)的混合氣體，假定氯氣在水中的溶解可以忽略。將封閉有甲烷和氯氣的混合氣體的裝置放置在有光亮的地方，讓混合氣體緩慢反應一段時間。(1)假設甲烷與氯氣充分反應，且只產生一種有機物，其化學方程式為______________________________________________________________________________________________________________________________。(2)經過幾個小時的反應后，U形管右端的玻璃管中水柱的變化是________。A．升高 B．降低C．不變 D．無法確定(3)U形管中溶液的顏色變化是_____________________________________，原因是________________________________________________________________________________________________________________________。(4)若將石蕊溶液換成Na2SiO3溶液，U形管會出現白色沉淀，原因是____________________________________________(用離子方程式解釋)。[解析](1)V(CH4)∶V(Cl2)＝1∶4，且只生成一種有機物，故有機產物為CCl4。(2)發生取代反應生成的HCl易溶于水，只有CH3Cl為氣體，CH2Cl2、CHCl3、CCl4都是液體，反應后氣體的物質的量減小，故U形管兩邊液差減小，U形管右側中的水面降低，左側氣柱體積減小。(3)生成的HCl溶于水為鹽酸，鹽酸使紫色的石蕊溶液變紅。(4)鹽酸與Na2SiO3溶液發生反應：2H＋＋SiOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))=H2SiO3↓(白色沉淀)。[答案](1)CH4＋4Cl2eq\o(→,\s\up9(光照))CCl4＋4HCl(2)B(3)變紅鹽酸使紫色石蕊溶液變紅(4)2H＋＋SiOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))=H2SiO3↓[拓展培優練]11．(素養題)運動會火炬一般使用丙烷作為燃料。下列關于丙烷(C3H8)的說法正確的是()A．丙烷是一種清潔能源，任何情況下均不與強酸、強堿、氧化劑反應B．丙烷分子中3個碳原子在一條直線上C．1mol丙烷在光照條件下，最多可以與8molCl2發生取代反應D．丙烷發生取代反應生成C3H7Cl的結構有3種C[根據題意，丙烷可以燃燒，丙烷只含有C、H元素，充分燃燒生成CO2和H2O，所以丙烷是清潔能源，丙烷不能被酸性KMnO4溶液氧化，但是在點燃時能被氧氣氧化，A不正確；丙烷分子中所有的碳原子不在同一條直線上，B不正確；丙烷分子式為C3H8，分子中有8個氫原子，每個氫原子被取代需用1個氯原子，消耗1分子Cl2，因此1mol丙烷發生取代反應最多可與8molCl2反應，C正確；丙烷分子中有3個碳原子，位于兩端的兩個碳原子相同，所以分子中共有兩種碳原子，因此C3H7Cl有2種同分異構體：CH3CH2CH2Cl和。]12．實驗室中常用下面反應制取乙烯氣體：CH3CH2OHeq\o(→,\s\up9(濃硫酸),\s\do10(170℃))CH2=CH2↑＋H2O，關于該反應說法錯誤的是()A．該反應為取代反應B．該反應中的有機物共含有羥基和碳碳雙鍵兩種官能團C．反應產生的CH2=CH2所有原子共平面D．CH3CH2OH屬于烴的衍生物A[該反應不是取代反應，A錯誤；乙醇中含有羥基，乙烯中含有碳碳雙鍵，B正確；乙烯分子中兩個碳原子和四個氫原子共平面，C正確；乙醇含有C、H、O三種元素，乙醇是烴的衍生物。]13．(易錯題)(雙選)環之間共用一個碳原子的化合物稱為螺環化合物，螺[2，2]戊烷()是最簡單一種。下列關于該化合物的說法正確的是()A．分子式為C5H8B．一氯代物有兩種同分異構體C．所有碳原子不可能共平面D．與丙炔互為同系物AC[根據螺[2，2]戊烷()的鍵線式可知，其分子式為C5H8，選項A正確；螺[2，2]戊烷()中的氫原子都是等效的，故其一氯代物只有一種，選項B錯誤；螺[2，2]戊烷()中所有碳原子不可能共平面，選項C正確；螺[2，2]戊烷與丙炔結構不相似，不是同類物質，不互為同系物，選項D錯誤。]14．利用甲烷與氯氣發生取代反應制取副產品鹽酸的設想在工業上已成為現實。某化學興趣小組通過在實驗室中模擬上述過程，其設計的模擬裝置如圖所示：請回答下列問題：(1)寫出甲烷與氯氣反應的化學方程式，并判斷反應的類型。(2)理論上欲獲得最多的氯化氫，Cl2與CH4的體積比應控制為多少？(3)分析上述實驗裝置中B和E的作用。(4)若D裝置的石棉中均勻混有KI粉末，用化學方程式表示其作用。(5)實驗完成后E裝置中除生成鹽酸外，還含有一定量的有機物，寫出此有機物的結構簡式和名稱。(6)分析此裝置的缺點，并進行改進。[答案](1)CH4和Cl2在漫射光照射條件下發生如下反應：CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up9(光照))CH3Cl＋HClCH3Cl＋Cl2eq\o(→,\s\up9(光照))CH2Cl2＋HClCH2Cl2＋Cl2eq\o(→,\s\up9(光照))CHCl3＋HClCHCl3＋Cl2eq\o(→,\s\up9(光照))CCl4＋HCl反應的類型均為取代反應。(2)根據取代反應的特點，取代甲烷分子中的1個氫原子需要1個Cl2，因此要獲得最大量的HCl，需要將甲烷分子中的所有氫原子全部取代，故Cl2與CH4的體積比應大于等于4。(3)裝置B中盛有濃硫酸，其作用有①干