新教材高中化学课时作业8-1-1天然气的利用甲烷

课时分层作业(十)天然气的利用甲烷(建议用时：40分钟)[合格过关练]1．下列物质中，在一定条件下，可与甲烷发生化学反应的是()A．氯气 B．溴水C．四氯化碳 D．酸性KMnO4溶液A[A项，氯气与甲烷可以发生取代反应，正确；B项，甲烷不与溴水发生反应，错误；C项，甲烷不与四氯化碳发生反应，错误；D项，甲烷不与酸性KMnO4溶液发生氧化还原反应，错误。]2．对的叙述正确的是()A．有两种结构 B．只有一种结构C．含有非极性键 D．有四种结构B[甲烷分子的空间结构是正四面体。若氢原子分别被两个氯原子、两个氟原子代替，其结构变为四面体，碳原子位于四面体的中心位置，两个氯原子、两个氟原子不管从哪个方向与碳原子相连，它们都分别处在相邻的位置，故只有一种结构，如图所示。C—Cl、C—F均为极性键。]3．下列物质中不能和氯气发生取代反应的是()A．CH3Cl B．CCl4C．CH2Cl2 D．CH4B[CCl4中的氢原子全部被取代，不能和氯气发生取代反应。]4．在标准状况下，22.4LCH4与氯气在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气为()A．0.5mol B．2molC．2.5mol D．4molC[1molCH4与氯气发生取代反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25mol，这四种取代物中n(Cl)＝0.25mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5mol。根据取代反应特点，1/2的氯原子进入氯化氢，所以n(HCl)＝2.5mol，故生成物中所含氯原子共2.5mol＋2.5mol＝5mol，参加反应的氯气为n(Cl2)＝2.5mol。]5．在常温、常压下，取下列四种气态烃各1mol，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是()A．CH4 B．C3H8C．C4H10 D．C2H6C6．一定量的甲烷在O2不足的情况下燃烧，得到CO、CO2和H2O的总质量为14.4g，若其中水的质量为7.2g，则CO的质量是()A．2.8g B．4.4gC．5.6g D．在2.8～5.6g之间A[由氢原子守恒知CH4的物质的量为0.2mol。设CO和CO2的质量分别为x和y。则eq\o(\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＋y＝14.4g－7.2g＝7.2g,\f(x,28g·mol－1)＋\f(y,44g·mol－1)＝0.2mol)))，解得x＝2.8g。]7．下列数值都是烃的相对分子质量值，其对应的烃一定为烷烃的是()A．44 B．42C．54 D．128A[用CnH2n＋2的Mr＝14n＋2进行判断，44对应的烃是C3H8,42对应的烃是C3H6,54对应的烃是C4H6,128对应的烃是C9H20。由于1个C原子与12个H原子的式量之和相等，所以C9H20与C10H8的相对分子质量相等，则128对应的烃不一定是烷烃。]8．下列关于CH4和的叙述正确的是()A．均能用CnH2n＋2组成通式来表示B．与所有烷烃互为同素异形体C．因为它们的结构相似，所以它们的化学性质相似，物理性质相同D．通常状况下，它们都是气态烷烃A[B项，它们与其他碳原子数不同的烷烃互为同系物；C项，化学性质相似，但物理性质不同；D项，碳原子数小于或等于4的烷烃及新戊烷在通常状况下是气体。]9．下列各图均能表示甲烷的分子结构，按要求回答下列问题。ABCD(1)甲烷的球棍模型是________，甲烷的电子式是________。(2)如果甲烷是平面结构，则CH2Cl2应该有________种结构；实际上CH2Cl2有________种结构，证明甲烷不是平面结构，而是________结构，上面________更能反映其真实存在状况。[解析](1)这几种形式都可以表示甲烷这种物质，其中分子结构示意图(A)、球棍模型(C)及填充模型(D)均能反映甲烷分子的空间结构，但其中填充模型更能形象地表达出H、C的相对位置及所占比例；电子式(B)只反映原子最外层电子的成键情况。(2)甲烷的结构式为，其分子空间结构若为平面正方形结构，则二氯甲烷有2种结构、；实际上甲烷为正四面体结构，所以二氯甲烷只有1种结构。[答案](1)CB(2)21正四面体D[素养培优练]10．下列关于取代反应和置换反应的说法中正确的是()A．取代反应和置换反应中一定都有单质生成B．取代反应和置换反应一定都属于氧化还原反应C．取代反应大多是可逆的，反应速率慢，而置换反应一般是单向进行的，反应速率快D．取代反应和置换反应的产物都是唯一的，不会有多种产物并存的现象C[取代反应产物一般是化合物，A错误；取代反应有的是氧化还原反应，有的不是，B错误；取代反应有的是逐步进行的，因此生成物中可能会存在多种产物共存的现象，D错误。]11．在光照的条件下，将1mol甲烷与一定量的氯气充分混合，经过一段时间，甲烷和氯气均无剩余，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢。若已知生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的物质的量分别为amol、bmol、cmol，该反应中消耗的氯气的物质的量是()A．(1＋a＋b＋c)mol B．(2a＋3b＋4C．(1＋a＋2b＋3c)mol D．(a＋b＋cC[根据碳原子守恒可知生成一氯甲烷的物质的量是(1－a－b－c)mol。根据取代反应的特点可知1mol甲烷与一定量的氯气充分混合，生成几氯甲烷就消耗摩尔的氯气，因此消耗的氯气的物质的量为(1－a－b－c)mol＋2amol＋3bmol＋4cmol＝(1＋a＋2b＋12．某两种气态烃组成的混合物2.24L(标准状况下)充分燃烧，得到0.16mol二氧化碳气体和3.6g液态水。据此判断下列分析中不正确的是()A．此气体中一定含有甲烷B．此气体若是乙烯与甲烷的混合气体，则甲烷与乙烯的体积比为2∶3C．此混合气体中一定不含有丙烷D．此混合气体中可能含有乙烷D[标准状况下，2.24L即0.1mol,3.6g液态水即0.2mol，因此n(烃)∶n(C)∶n(H)＝1∶1.6∶4，混合物的平均分子式为C1.6H4。根据碳原子数可知，混合烃中一定含有甲烷(CH4)，又根据氢原子数可知另一种气态烃分子中氢原子数为4，A、C正确，D错误。设乙烯(CH2=CH2)和甲烷(CH4)的物质的量之比为x∶y，则有(2x＋y)/(x＋y)＝1.6，解得x∶y＝3∶2，B正确。]13．如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略。将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在有光的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。(1)假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：_______________________________________________________________。(2)经过几个小时的反应后，U形管右端的玻璃管中水柱的变化是________(选填字母序号，下同)。A．升高 B．降低C．不变 D．无法确定(3)U形管左端的气柱的变化是________。A．体积增大 B．体积减小C．消失 D．不变(4)试解释U形管右端的玻璃管中水柱变化的原因：________________________________________________________________________________。[解析]CH4与Cl2发生取代反应是一个连续的取代过程，生成4种有机物。当限定只产生1种有机物时，可认为CH4中的氢原子完全被取代。[答案](1)CH4＋4Cl2eq\o(→,\s\up10(光照))CCl4＋4HCl(2)B(3)BC(注意：体积消失是体积减小的极限)(4)反应中气体的物质的量减小，且生成的HCl能够溶解于水中，所以左侧压强减小，故右侧玻璃管中的水柱降低14．甲烷是最简单的有机化合物。(1)下列关于天然气的叙述中不正确的是________(填字母，下同)。a．天然气和沼气的主要成分都是甲烷b．天然气是一种清洁能源c．天然气燃烧的废气中SO2等污染物的含量少d．天然气和空气混合点燃，不会发生爆炸(2)写出光照条件下CH4与溴蒸气反应时一个氢原子被取代的化学方程式：______________________________________________________________________________________________________________________________。(3)完全燃烧一定量的甲烷，其燃烧产物依次通过浓硫酸、碱石灰，使装有碱石灰的玻璃管增加8.8g。则原来的甲烷在标准状况下的体积为________L。(4)CH4和H2混合气体10mL，完全燃烧后生成6mLCO2气体(气体的体积在相同状况下测定)，则混合气体中CH4和H2的体积之比为________。a．2∶3 B．3∶2c．2∶1 D．1∶2[解析](1)天然气和沼气的主要成分都是CH4，甲烷完全燃烧生成CO2和H2O，所以是一种清洁能源；天然气中硫元素等含量低，所以燃烧废气中SO2等污染物的含量少；天然气与空气混合点燃，如果二者比例达到某一范围就可能爆炸。(2)类似于与氯气的取代反应。(3)由题意可知m(CO2)＝8.8g，n(CO2)＝0.2mol，根据碳原子守恒知，n(CH4)＝0.2mol，V(CH4)＝4.48L。(4)CH4＋2O2eq\o(→,\s\up10(点燃))CO2＋2H2O11V(CH4)6mLV(CH4)＝eq\f(6mL×1,1)＝6mLV(H2)＝10mL－6mL＝4mL故V(CH4)∶V(H2)＝6mL∶4mL＝3∶2。[答案](1)d(2)CH4＋Br2eq\o(→,\s\up10(光照))CH3Br＋HBr(3)4.48(4)b15．[素养题]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：①控制气流速度；②均匀混合气体；③_______________________________________________________________。(2)设V(Cl2)/V(CH4)＝x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应________。(3)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是___________________________________________________________________________________。(4)E装置的作用是________(填编号)。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:__________________________。(6)E装置除生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出有机物的最佳方法为________。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________(填编号)。a．CH4 b．CH3Clc．CH2Cl2 d．CHCl3e．CCl4[解析](1)B装置的三个作用为①控制气流速度；②均匀混合气体，便于后续实验；③干燥混合气体。(2)当反应为CH4＋4Cl2eq\o(→,\s\up10(光照))CCl4＋4HCl时生成HCl气体最多，所以要保证eq\