PAGE7-甲烷的性質(40分鐘70分)一、選擇題(本題10小題,每小題4分,共40分)1.(2024·南昌高一檢測)“可燃冰”是海底隱藏的資源之一,其主要成分是甲烷。以下是甲烷在空氣中燃燒的微觀過程模擬圖,符合該反應微觀過程先后依次的選項是 ()A.②③① B.①③②C.③②① D.②①③【解析】選D。甲烷和氧氣反應生成二氧化碳和水,該過程中首先是分子狀態的甲烷和氧氣(圖②),然后化學鍵斷裂形成原子(圖①),最終原子重新組合得到二氧化碳和水(圖③)。2.自然氣的主要成分為CH4,CH4屬于 ()A.無機物 B.有機物C.氧化物 D.單質【解析】選B。有機物是含有碳元素的化合物,但含有碳元素的化合物不肯定是有機物,如CO2。碳氫化合物都屬于有機物,甲烷是最簡潔的碳氫化合物。【方法規律】有機物即有機化合物。含碳化合物(一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸鹽、金屬碳化物、氰化物除外)或碳氫化合物及其衍生物都是有機物。3.(2024·北京市朝陽區高一檢測)二氟甲烷是性能優異的環保產品,用作空調、冰箱等中的制冷劑。推斷二氟甲烷的結構簡式 ()A.有4種 B.有3種C.只有1種 D.有2種【解析】選C。由于甲烷是正四面體結構,所以其中的任何兩個H原子被F原子取代,產物的結構都是相同的。因此二氟甲烷的結構簡式只有一種。4.(2024·長春高一檢測)下列關于甲烷的敘述正確的是 ()A.甲烷是自然氣、煤礦坑道氣的主要成分,在煤礦中,聞到甲烷的氣味就快速撤離B.甲烷可以與氯氣發生取代反應,因此可以使氯水褪色C.甲烷能夠燃燒,在肯定條件下會發生爆炸,因此是礦井平安的重要威逼之一D.將甲烷與氯氣按1∶1體積比混合,光照條件下就可得到比較純凈的CH3Cl【解析】選C。甲烷氣體無色無味,A錯誤;甲烷能與干燥的氯氣在光照條件下發生取代,但與氯水不反應,B錯誤;甲烷與氯氣的取代反應無論量多少,生成物都是混合物,D錯誤。5.將標準狀況下的11.2L甲烷和22.4L氧氣混合點燃,A.11.2LC.33.6L 【解析】選A。CH4+2O2CO2+2H2O,因11.2L甲烷與22.4L氧氣恰好完全反應生成11.2L的CO2氣體,此時H2O6.(2024·石家莊高一檢測)如圖所示,一端封閉的U形管,封閉著的一端有一段CH4和Cl2的混合氣體,在水平部分有一段氣柱,其他兩段為液體,已知液體與氣體不反應,使CH4和Cl2在肯定的光照下緩慢反應,則中間氣柱的位置和長度的改變狀況是(假設中間氣柱未移出U形管的水平部分) ()A.左移,變長 B.左移,變短C.不變,變長 D.左移,不變【解析】選A。CH4和Cl2在光照下緩慢反應生成了液態的CH2Cl2、CHCl3和CCl4,使得氣體總的物質的量削減,U形管左側氣體總體積減小,壓強減小,則右側液面下降,氣柱左移;中間氣柱的壓強減小,由于氣體的物質的量不變,體積應增大,則長度變大,故選A。7.下列說法正確的是 ()A.甲烷分子的比例模型為,其二氯取代物有2種結構B.甲烷分子的球棍模型為C.自然氣不屬于可再生能源D.標準狀況下,11.2LCCl4中含有C—Cl鍵的數目為【解析】選C。甲烷分子的比例模型為,其二氯取代物有1種結構,所以A項和B項均錯誤;自然氣為化石燃料,屬于不行再生能源,C項正確;標準狀況下,CCl4是液態不是氣態,所以11.2LCCl4的物質的量不是0.5mol,D8.鑒別甲烷、一氧化碳和氫氣等三種無色氣體的方法是 ()A.通入溴水通入澄清石灰水B.點燃將氣體通入無水硫酸銅中C.點燃罩上干冷燒杯罩上涂有澄清石灰水的燒杯D.點燃罩上涂有澄清石灰水的燒杯通入溴水【解析】選C。三者與溴水、澄清石灰水均不反應,故A錯誤;點燃,燃燒產物使無水硫酸銅由白色變成藍色,則說明原氣體中含有氫元素,甲烷和氫氣中均含有氫元素,不能鑒別,故B錯誤;點燃,燃燒產物用干冷燒杯可以檢驗出是否生成水,從而確定原氣體是否含有氫元素;用涂有澄清石灰水的燒杯可檢驗出是否生成CO2,從而確定原氣體中是否含有碳元素,從而區分鑒別出三者,故C正確;點燃,燃燒產物通入罩上涂有澄清石灰水的燒杯,只能檢驗出是否生成CO2,無法推斷甲烷和CO,D錯誤。9.(教材二次開發·原創題)把純凈的甲烷和氯氣混合在集氣瓶中,用塑料片蓋好,放在光亮的地方,片刻后,下列有關說法不正確的是 ()A.瓶內氣體的壓強不變B.瓶內氣體顏色漸漸變淺C.產物為CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HClD.將蘸有濃氨水的玻璃棒伸入瓶內會出現白煙【解析】選A。甲烷與氯氣反應是氣體的物質的量減小的反應,故反應后瓶內氣體壓強變小,故A錯誤;氯氣為黃綠色氣體,在反應中被消耗,而生成的有機產物和HCl均無色,故氣體顏色變淺,故B正確;甲烷可以發生一氯取代、二氯取代、三氯取代和四氯取代,故產物為CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl,故C正確;甲烷的取代反應有HCl氣體生成,能和濃氨水揮發出的氨氣發生化合反應生成氯化銨固體,表現為有白煙生成,故D正確。10.已知正四面體形分子E和直線形分子G反應,生成四面體形分子L和直線形分子M(組成E分子的元素原子序數均小于10,組成G分子的元素為第3周期的元素)。如圖所示,則下列推斷中正確的是 ()A.常溫常壓下,L是一種液態有機物B.E的二溴代物只有一種結構C.G具有強氧化性和漂白性D.上述反應不屬于取代反應【解析】選B。本題考查甲烷和氯氣的反應,E是甲烷;G是直線形分子,組成G分子的元素為第3周期的元素,且G是雙原子分子,所以G是Cl2,該反應是甲烷和氯氣發生取代反應生成一氯甲烷和氯化氫,即L是一氯甲烷,M是氯化氫。常溫常壓下,一氯甲烷是氣體,但二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳是液體,故A錯誤;甲烷是正四面體結構,甲烷的二溴代物只有一種結構,故B正確;氯氣有強氧化性,但是沒有漂白性,次氯酸有漂白性,故C錯誤;甲烷中的氫原子被氯原子取代生成一氯甲烷,屬于取代反應,故D錯誤。二、非選擇題(本題包括2小題,共30分)11.(14分)如圖所示,U形管的左端被水和膠塞封閉,充有甲烷和氯氣(體積比為1∶4)的混合氣體,假定氯氣在水中的溶解可以忽視不計。將封閉有甲烷和氯氣的混合氣體的裝置放置在光亮的地方,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,且只生成一種有機物,請寫出該反應的化學方程式。

(2)經過幾個小時的反應后,U形管右端的水面改變是。

A.上升B.降低C.不變D.無法確定(3)U形管左端的氣柱改變是。

A.體積增大B.體積減小C.消逝D.不變(4)U形管右端的水面改變的緣由是。

【解析】甲烷與氯氣可能發生的反應有①CH4+Cl2CH3Cl+HCl,②CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl,③CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl,④CHCl3+Cl2CCl4+HCl。由反應方程式可知,反應生成的CCl4等是液體,反應后氣體的物質的量削減,且生成的HCl易溶于水,所以左端壓強減小直至為零,氣柱消逝,右端的水面降低。答案:(1)CH4+4Cl2CCl4+4HCl(2)B(3)B、C(4)反應生成的CCl4等是液體,反應后氣體的物質的量削減,且生成的HCl易溶于水,所以左端壓強減小直至為零,氣柱消逝,右端的水面降低12.(16分)(2024·廊坊高一檢測)為了驗證甲烷的燃燒產物,某同學設計了甲烷的燃燒試驗(如圖所示):依據試驗裝置完成下列試驗步驟和現象:(1)點燃甲烷前必需進行的試驗步驟是,

如何操作?。

(2)抽氣后,在漏斗下方點燃甲烷,可視察到的現象是。

(3)假如將B、C兩個裝置的位置交換,會對試驗結論產生什么影響?。

【解析】(1)為了防止甲烷中混有氧氣,在點燃時發生爆炸,所以點燃前要驗純;其驗純的操作為用排水法收集一小試管甲烷,然后靠近點燃的酒精燈,假如發出“噗”的聲音則表明純凈,假如發出尖銳的爆鳴聲則表明不純凈。(2)抽氣后,在抽氣作用下,甲烷的燃燒火焰被吸入漏斗內,甲烷燃燒生成二氧化碳和水蒸氣,無水硫酸銅遇到水會變藍色,二氧化碳使澄清石灰水變渾濁。(3)C中為澄清石灰水溶液,B、C兩個裝置的位置交換,先檢驗二氧化碳,二氧化碳通過澄清石灰水,則會帶出水蒸氣,用B中無水硫酸銅檢驗水時,無法確定水是否是由甲烷燃燒生成的。答案:(1)驗純用排水法收集一小試管甲烷,然后靠近點燃的酒精燈,假如發出“噗”的聲音則表明純凈,假如發出尖銳的爆鳴聲則表明不純凈(2)火焰被吸入漏斗內,干燥管中無水CuSO4漸漸變藍,洗氣瓶中澄清石灰水漸漸變渾濁(3)不能驗證是否產生水蒸氣(20分鐘30分)一、選擇題(本題3小題,每小題5分,共15分)13.(2024·大同高一檢測)肯定體積的甲烷在肯定量O2中燃燒后得到的產物為CO、CO2和水蒸氣,測得混合氣體的質量為49.6g,將混合氣體緩慢通過無水CaCl2時,CaCl2質量增加25.2g,則原混合氣體中A.12.5gB.13.2【解析】選B。無水CaCl2汲取水蒸氣,生成H2O25.2g,即生成1.4molH2O;依據氫原子守恒,可得CH4為0.7mol;再依據碳原子守恒,可得CO和CO2共0.7mol,可得44g·mol-1×n(CO2)+28g·mol-1×[0.7mol-n(CO2)]=49.6g-25.2g14.有機物分子里的某些原子(或原子團)被其他原子(或原子團)所替代的反應叫取代反應。下列化學反應中不屬于取代反應的是 ()A.CH2Cl2+Br2CHBrCl2+HBrB.CH3OH+HClCH3Cl+H2OC.2Na+2H2O2NaOH+H2↑D.CH3—CH2—Br+H2OCH3—CH2—OH+HBr【解析】選C。取代反應是指有機物分子里的某些原子(或原子團)被其他原子(或原子團)所替代的反應。C項中的反應為置換反應,不是有機反應,更不是取代反應。15.(2024·威海高一檢測)某愛好小組用如圖裝置探究甲烷與氯氣反應同時收集副產品鹽酸,下列說法正確的是 ()A.濃硫酸在整套裝置中的作用是干燥氣體B.采納200mL8mol·L-1濃鹽酸與足量二氧化錳反應最多可得0.4molCl2C.石棉上可滴加飽和食鹽水,用于汲取氯氣D.光照一段時間,裝置C硬質玻璃管內壁出現的黑色小顆粒可能是碳【解析】選D。視察裝置可知,濃硫酸不僅可以干燥氣體,還可以使氣體混合勻稱,同時能夠通過視察氣泡推斷流速,故A錯誤;200mL8mol·L-1鹽酸物質的量n=cV(aq)=8mol·L-1×0.2L=1.6mol,鹽酸濃度變小后,與二氧化錳不再反應,依據MnO2—4HCl—Cl2,因此生成的氯氣的物質的量小于0.4mol,故B錯誤;氯氣難溶于飽和食鹽水,不行用飽和食鹽水汲取氯氣,故C錯誤;由組成元素分析,黑色小顆粒可能是碳,故二、非選擇題(本題包括1小題,共15分)16.氯仿(CHCl3)是甲烷與氯氣光照取代的產物之一,主要用來生產氟利昂、染料和藥物,在醫學上,常用作麻醉劑。還可用作抗生素、香料、油脂、樹脂、橡膠的溶劑和萃取劑。與四氯化碳混合可制成不凍的防火液體,還用于煙霧劑的放射藥、谷物的熏蒸劑和校準溫度的標準液。某化學愛好小組在試驗室中模擬上述過程,設計的模擬裝置如下:依據設計要求回答:(1)盛裝濃硫酸的洗氣瓶起到什么作用?提示:濃硫酸不但能汲取甲烷中的水蒸氣,還能使甲烷和氯氣混合勻稱,并通過冒氣泡的快慢程度限制氣體的流速。(2)C裝置的石棉中勻稱混有KI粉末,其作用是什么?提示:汲取未反應的Cl2。C裝置的石棉中勻稱混有KI粉末,KI會和氯氣反應,產生KCl,防止氯氣污染大氣,其作用是汲取未反應的Cl2。(3)HCl極易溶于水,D裝置用于汲取HCl的優點是什么?提示:既能汲取HCl氣體,又能防止倒吸。D裝置中有水,是為了汲取產生的HCl氣體;運用干燥管,是為了防止倒吸。(4)從環保的角度考慮,該裝置還不完善,緣由是尾氣沒有徹底處理,其尾氣主要成分可能有下列哪幾種?a.CH4b.CH3Cl