江苏专版2023-2024学年新教材高中化学专题8有机化合物的获得与应用第一单元化石燃料与有机化合物第1课时天然气的利用甲烷分层作业苏教版必修第二册

专题8第一单元第1课时天然气的利用甲烷必备知识基础练1.[2023上海华师大二附中期末]甲烷是最简单的有机物,在我国的南海、东海海底已发现天然气的水合物,它易燃烧,外形似冰,被称为“可燃冰”。“可燃冰”的开采,有助于解决人类面临的能源危机。下列有关甲烷的说法不正确的是()A.甲烷是无色、无味,密度比空气小,极难溶于水的气体B.甲烷不能发生氧化反应C.点燃甲烷气体时,一定要检验纯度D.沼气和天然气的主要成分都是甲烷2.[2023上海市实验学校月考]下列可证明甲烷分子是正四面体结构的是()A.一氯甲烷没有同分异构体B.二氯甲烷没有同分异构体C.三氯甲烷没有同分异构体D.甲烷分子的四个C—H键完全相同3.[2023江苏扬州广陵区期中]下列关于甲烷的说法正确的是()A.易溶于水B.能使溴水褪色C.分子构型为平面正方形D.可用作燃料4.[2023江苏徐州期中]反应CH4+Cl2CH3Cl+HCl的产物主要用作有机硅制备的原料。下列说法正确的是()A.反应为置换反应B.四种物质均含有共价键C.CH3Cl的电子式为ClD.CH4、CH3Cl均具有正四面体空间结构5.[2023江苏淮安中学期末]将由1体积CH4和4体积Cl2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,装置如图。则下列现象不可能被观察到的是()A.黄绿色逐渐消失B.试管壁上有黄色油珠出现C.液面在试管内上升到一定高度D.液面在试管内上升至充满试管6.下列反应中,属于取代反应的是()A.CaCO3CaO+CO2↑B.Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑C.CH4+2O2CO2+2H2OD.CH4+Cl2CH3Cl+HCl7.[2023江苏淮宿七校联考]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)盛浓盐酸的仪器名称是。

(2)A装置中发生反应的化学方程式是。

(3)B装置有三种功能:①,②控制气流速度,③均匀混合气体。

(4)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:。

(5)D装置的石棉浸有KI-淀粉溶液,其作用是,反应现象是。

(6)E装置除了含有盐酸外,还最多可能含有三种液态有机物,从E中分离出盐酸的操作名称为。

关键能力提升练8.[2023陕西榆林定边月考]下列有关甲烷的说法不正确的是()A.1mol甲烷中含有4molC—H共价键B.CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构C.光照条件下甲烷能与氯气发生取代反应D.通常情况下,甲烷与稀硫酸、NaOH溶液均不反应9.[2023湖北黄冈期中]最能真实反映甲烷分子结构的是()A.电子式:HB.结构式:C.球棍模型:D.空间填充模型:10.[2023河北石家庄四十二中月考]将1mol甲烷与一定量的氯气混合于一试管中,并将试管倒立于盛有饱和NaCl溶液的水槽中(如图所示),对于此反应,下列有关叙述正确的是()A.该反应的生成物中含量最高的是CCl4B.该反应有4种产物C.该反应条件为光照,反应类型为取代反应D.该反应中试管内壁上因为有油状液滴产生,说明产物中有CH3Cl11.已知最简单的有机物E和直线形分子G在光照条件下反应,生成四面体形分子L和直线形分子M(组成G的元素为第三周期的元素),如图。则下列判断错误的是()A.常温常压下,E是一种无色无味的气体B.上述反应类型是取代反应C.G能使干燥的红色布条变成无色D.在光照条件下,L能与G继续发生与上述类似的反应12.一定质量的甲烷燃烧后得到的产物为CO、CO2和水蒸气,此混合气体质量为49.6g,当其缓慢经过无水CaCl2时,CaCl2增重25.2g,原混合气体中CO2的质量为()A.11.2g B.13.2gC.19.7g D.24.4g13.若要将0.6mol甲烷完全和氯气发生取代反应,并且生成相同物质的量的四种有机氯代物,则需要氯气的物质的量为()A.2.5mol B.4.5molC.1.5mol D.0.6mol14.如图是某同学利用注射器设计的简易实验装置。甲中注入10mLCH4,同温同压下乙中注入50mLCl2,将乙中气体推入甲中,用日光照射一段时间,气体在甲中反应。(1)下列是某同学预测的实验现象:①气体最终变为红色②实验过程中,甲中活塞向内移动③甲中内壁有油珠④产生火花。其中正确的有(填序号)。

(2)甲中发生反应的反应类型为。

(3)反应后,下列试剂能用来吸收甲中剩余气体的是(填字母)。

A.水 B.氢氧化钠溶液C.硝酸银溶液 D.饱和食盐水(4)反应后,若将甲中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到

;若再向其中滴入几滴石蕊溶液,又观察到。

学科素养创新练15.CH4在光照条件下与Cl2反应,可得到各种氯代甲烷。(1)写出生成CH3Cl的化学方程式:。

(2)CH4氯代的机理为自由基(带有单电子的原子或原子团,如Cl·、·CH3)反应,包括以下几步:Ⅰ.链引发Ⅱ.链传递Ⅲ.链终止Cl22Cl·Cl·+CH4·CH3+HCl·CH3+Cl2CH3Cl+Cl·…2Cl·Cl2Cl·+·CH3CH3Cl…①写出由CH3Cl生成CH2Cl2过程中链传递的方程式:,。

②不同卤原子自由基(X·)均可夺取CH4中的H,反应通式:X·(g)+CH4(g)·CH3(g)+HX(g)。已知:25℃、101kPa时,断裂CH4中1molC—H键和HCl中1molH—Cl键分别需要吸收439kJ和431kJ的能量。a.计算当X为Cl时,上述反应1molX·参与反应(填“吸收”或“放出”)kJ能量。

b.若X依次为F、Cl、Br、I,则放出或吸收的能量随着原子序数增大逐渐(填“增大”或“减小”),结合原子结构解释原因:。

③探究光照对CH4与Cl2反应的影响,实验如下。编号操作结果A将Cl2与CH4混合后,光照得到氯代甲烷B将Cl2先用光照,然后迅速在黑暗中与CH4混合得到氯代甲烷C将Cl2先用光照,然后在黑暗中放置一段时间,再与CH4混合几乎无氯代甲烷D将CH4先用光照,然后迅速在黑暗中与Cl2混合几乎无氯代甲烷a.由B和D得出的结论是。

b.依据上述机理,解释C中几乎没有氯代甲烷的原因:。

(3)丙烷氯代反应中链传递的一步反应能量变化如下。推知断裂—CH3中1molC—H键比断裂中1molC—H键所需能量(填“大”或“小”)。

第1课时天然气的利用甲烷1.B解析甲烷能燃烧,即能够发生氧化反应,B错误。2.B解析甲烷若为平面正方形,其一氯代物、三氯代物也只有一种,四个C—H键完全相同,A、C、D不符合题意;甲烷若为平面正方形,二氯代物有两种,现二氯甲烷没有同分异构体,说明甲烷不是平面结构,只能为立体结构即正四面体结构,B符合题意。3.D解析甲烷是天然气的主要成分,无色无味气体,难溶于水,化学性质稳定,通常情况下与强酸、强碱、强氧化剂均不反应,在一定条件下可以和氧气、氯气等发生反应。甲烷为无色无味气体,难溶于水,故A错误;甲烷属于烷烃,不能使溴水褪色,故B错误;甲烷的分子构型为正四面体形,故C错误;甲烷是一种可燃性气体,是一种优良的燃料,故D正确。4.B解析该反应为甲烷和氯气在光照条件下的取代反应,A错误;甲烷、氯气、一氯甲烷和氯化氢分子中均存在共价键,B正确;Cl原子外围不满足8电子结构,应该为,C错误;甲烷为正四面体结构,而CH3Cl为四面体结构,不是正四面体,D错误。5.D解析CH4和Cl2在光照条件下发生反应的产物在常温下的状态为三液两气:CH2Cl2、CHCl3、CCl4为无色液体,CH3Cl和HCl为气体。随着Cl2不断被消耗,黄绿色逐渐消失,又由于Cl2易溶于有机溶剂,试管壁上有黄色油珠出现。反应后试管内气体压强减小,液面在试管内上升。但CH3Cl气体不溶于水,不会出现液面在试管内上升至充满试管的现象。6.D解析取代反应是指有机物分子中的某种原子(或原子团)被其他原子或原子团所取代的反应。A是分解反应;B是置换反应;C是氧化反应;D是取代反应。7.答案(1)分液漏斗(2)MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O(3)干燥气体(4)CH4+2Cl2C+4HCl(5)吸收未反应的氯气,防止污染环境浸有KI-淀粉溶液的石棉变蓝色(6)分液解析(1)根据仪器的构造可知,盛浓盐酸的仪器名称是分液漏斗。(2)A装置中浓盐酸与二氧化锰反应制氯气,反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O。(3)甲烷和生成的氯气中含有水,B装置除具有控制气流速度、均匀混合气体之外,因浓硫酸具有吸水性,还具有干燥混合气体的作用。(4)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,这说明有碳产生。CH4与Cl2在强光条件下生成碳和HCl,化学方程式见答案。(5)氯气能与KI反应生成氯化钾和I2,所以D装置的石棉浸有KI-淀粉溶液,其作用是吸收氯气;反应现象是浸有KI-淀粉溶液的石棉变蓝色。(6)E装置除了含有盐酸外,还最多可能含有三种液态有机物,分别是甲烷发生取代反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳,可用分液的方法从E中分离出盐酸。8.B解析1个甲烷分子中含4个C—H键,故1mol甲烷中含4molC—H键,A正确;CH4和CCl4都是正四面体结构,而CH3Cl是四面体结构,其中C—H键与C—Cl键的键长不等,B错误;甲烷能和卤素单质的蒸气在光照条件下发生取代反应,即甲烷能与氯气发生取代反应,条件是光照,C正确;甲烷性质稳定,和强酸、强碱以及强氧化剂一般不反应,D正确。9.D解析空间填充模型既能体现分子中原子的相对大小又能体现空间构型,最能真实反映甲烷分子结构,故选D。10.C解析每步取代反应均会有HCl生成,所以生成物中含量最高的是HCl,A错误;甲烷和氯气发生取代反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢共5种物质,B错误;甲烷和氯气在光照条件下发生反应生成氯代甲烷和氯化氢,该反应属于取代反应,C正确;该反应试管内壁上因有二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳生成而有油状液滴产生,D错误。11.C解析最简单的有机物E为CH4;G是直线形分子,组成G的元素为第三周期的元素,且G是双原子分子,所以G是Cl2;该反应是CH4和Cl2发生取代反应生成CH3Cl和HCl,即L是CH3Cl,M是HCl。E为CH4,在常温常压下为无色无味的气体,A正确;CH4中的H原子被Cl原子取代生成CH3Cl和HCl,属于取代反应,B正确;G为Cl2,Cl2能使湿润的红色布条变成无色,C错误;L为CH3Cl,G为Cl2,在光照条件下,CH3Cl能与Cl2继续发生取代反应,D正确。12.B解析产物通过无水CaCl2时,无水CaCl2增重25.2g,为水的质量,所以n(H2O)==1.4mol,根据H原子守恒,可以知道:n(CH4)=n(H2O)=×1.4mol=0.7mol,根据C原子守恒,则n(CO)+n(CO2)=0.7mol,又m(CO)+m(CO2)=49.6g-25.2g=24.4g,[0.7mol-n(CO2)]×28g·mol-1+n(CO2)×44g·mol-1=24.4g,解得n(CO2)=0.3mol,所以m(CO2)=0.3mol×44g·mol-1=13.2g。13.C解析光照下,甲烷与氯气发生多次取代反应,分别生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl,每生成1mol上述有机物消耗氯气的物质的量依次为1mol,2mol,3mol,4mol。生成四种有机氯代物的物质的量相等,设为xmol,4xmol=0.6mol,x=0.15,n(Cl2)=0.15mol×1+0.15mol×2+0.15mol×3+0.15mol×4=1.5mol。14.答案(1)②③(2)取代反应(3)B(4)液体分为两层,产生白色沉淀溶液先变红后褪色解析在光照条件下,甲烷与氯气发生连锁反应:CH4+Cl2CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl,CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl,CHCl3+Cl2CCl4+HCl。(1)理论上,甲烷与氯气体积比为1∶4时二者恰好完全反应,而甲中氯气与甲烷体积比为5∶1>4∶1,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,其余为油状液体,所以气体的总物质的量减小,内部压强减小,实验过程中,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、一氯甲烷和氯化氢,可用氢氧化钠溶液吸收剩余气体。(4)生成的HCl会与AgN