8.1.1天然气的利用　甲烷（分层练习）-高一化学同步课堂（苏教版2019必修第二册）（解析版）

第第页8.1.1天然气的利用甲烷课后分层练课后分层练1．下图是CH4、CCl4、CH3Cl分子的球棍模型图，下列说法正确的是()A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构B．CH4、CCl4都是正四面体结构C．CH4和CCl4中的化学键均为非极性键D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同[答案]B[解析]CCl4与CH4的分子结构相似，为正四面体结构，CH3Cl中的C—H和C—Cl键不同，不是正四面体结构，而是四面体结构。2．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[答案]A[解析]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。3．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[答案]B[解析]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。4．下列关于甲烷的说法错误的是()A．分子式：CH4B．可作为清洁燃料C．球棍模型：D．可使酸性KMnO4溶液褪色[答案]D[解析]甲烷分子中含有1个碳原子，4个氢原子和分子式为CH4，故A正确；甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水，不产生空气污染物，为清洁能源，故B正确；甲烷为正四面体结构，碳原子的原子半径大于氢原子，球棍模型为，故C正确；甲烷化学性质稳定，不能使酸性KMnO4溶液褪色，故D错误。5．下列叙述错误的是()A．通常情况下，甲烷跟强酸、强碱和强氧化剂都不反应B．甲烷化学性质稳定，不能被任何氧化剂氧化C．甲烷与Cl2反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4，都属于取代反应D．甲烷的四种有机取代产物中有一种为气态，其余三种为液态，且都不溶于水[答案]B[解析]甲烷化学性质比较稳定，跟强酸、强碱、强氧化剂都不反应，故A正确；甲烷可以燃烧，能被氧气氧化，故B错误；甲烷是饱和链烃，跟氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4，都属于取代反应，故C正确；甲烷的四种有机取代产物中一氯甲烷为气态，其余三种CH2Cl2、CHCl3还是CCl4为液态且都不溶于水，根据相似相溶的原则都难溶于水，故D正确。6．将甲烷与一定量的氯气混合于一量筒中，倒立于盛有饱和食盐水的水槽(如图所示)，对于此反应，有关叙述不正确的是()A．该反应的生成物只有四种B．该反应的条件是光照C．该反应结束后量筒内液面上升(冷却到室温)D．该反应属于取代反应[答案]A[解析]甲烷和氯气反应的生成物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢5种，故A错误；该反应氯气中的氯原子取代了甲烷中的氢原子，是烷烃的取代反应，条件是光照，故B正确；该反应结束后产生了液体的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳等，使气体物质减少，且生成的氯化氢气体极易溶于水，量筒内压强降低，液面上升(冷却到室温)，故C正确；该反应氯气中的氯原子取代了甲烷中的氢原子，是烷烃的取代反应，反应类型为取代反应，故D正确。7．光照条件下，将1molCH4与Cl2反应，得到四种有机产物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4物质的量之比为1∶2∶3∶4，则消耗Cl2物质的量为()A．0.5mol B．1.25molC．2.5mol D．3mol[答案]D[解析]四种有机取代物的物质的量之比为n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)＝1∶2∶3∶4，则四种取代物的物质的量分别为n(CH3Cl)＝0.1mol，n(CH2Cl2)＝0.2mol，n(CHCl3)＝0.3mol，n(CCl4)＝0.4mol，发生取代反应时，一半的Cl进入HCl，消耗氯气的物质的量为0.1mol＋2×0.2mol＋3×0.3mol＋4×0.4mol＝3mol。8．下列关于烷烃的说法正确的是()A．丙烷(C3H8)发生取代反应生成的C3H7Cl的结构只有一种B．丙烷分子中3个碳原子在一条直线上C．分子中含有7个碳原子的烷烃在常温下为液态D．烷烃分子为直链式结构，不可以带支链[答案]C[解析]A项中C3H7Cl有两种结构：CH3CH2CH2Cl、；B项中C3H8分子中的3个碳原子呈V形，不在一条直线上；D项中烷烃分子中碳链可以是直链，也可以带支链。9．下列反应中，属于取代反应的是()A．CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑B．Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑C．CH4＋2O2eq\o(→,\s\up7(点燃))CO2＋2H2OD．C2H6＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光))C2H5Cl＋HCl[答案]D[解析]A项，CaCO3在高温下发生分解反应；B项，锌与硫酸发生置换反应，而非取代反应；C项，CH4的燃烧属于氧化反应；D项，C2H6与Cl2在光照下发生取代反应。10．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．CH4B．C3H8C．C4H10D．C2H6[答案]C[解析]设气态烃的分子式为CxHy，其完全燃烧的化学方程式为CxHy＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x＋\f(y,4)))O2eq\o(→,\s\up7(点燃))xCO2＋eq\f(y,2)H2O，则1mol该烃完全燃烧时耗氧量为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x＋\f(y,4)))mol，将上述选项分别代入，比较可知C4H10耗氧量最多。11．如图所示，在光照条件下，将盛有CH4和Cl2的试管倒扣于盛有饱和食盐水的水槽中进行实验，不可能出现的现象是()A．试管中液面上升至试管顶部B．试管内的黄绿色变浅C．试管内壁出现油状液滴D．试管内出现少量白雾，水槽中出现少量白色晶体[答案]A[解析]反应生成了一氯甲烷为气体，故液面不会上升至试管顶部，A错误；氯气与甲烷发生反应，逐渐被消耗，生成无色物质，黄绿色变浅，B正确；试管壁出现的油状液滴为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的混合物，不溶于水，为油状液滴，C正确；CH4和Cl2发生取代反应，生成HCl，HCl遇水形成白色的酸雾；HCl溶于水后饱和食盐水中Cl－浓度增大，氯化钠溶解度降低，所以水槽内有少量晶体析出，D正确。12．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．4mol[答案]C[解析]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。13．下列反应属于取代反应的是()①CH4eq\o(→,\s\up7(高温))C＋2H2②CuSO4＋Fe=FeSO4＋Cu③CH3Cl＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光照))CH2Cl2＋HCl④2NaBr＋Cl2=2NaCl＋Br2⑤CH3OH＋HCleq\o(→,\s\up7(光照))CH3Cl＋H2O⑥CH3CH2Br＋NaOH△CH3CH2OH＋NaBr⑦CH4＋2O2eq\o(→,\s\up7(点燃))CO2＋2H2OA．①②③⑤ B．③⑤⑥C．②③④⑦ D．②③⑤⑥[答案]B[解析]①为CH4在高温下的分解反应；②和④为无机反应中的置换反应，也为氧化还原反应；⑦为CH4的燃烧，属于氧化反应，③⑤⑥属于有机反应中的取代反应。14．正己烷是优良的有机溶剂，其球棍模型为，下列有关说法正确的是()A．正己烷的分子式为C6H12B．正己烷的一氯代物有4种C．正己烷与正丁烷互为同系物D．正己烷能与溴发生取代反应而使溴水褪色[答案]C[解析]正己烷为烷烃，分子式为C6H14,A错误；正己烷具有对称结构，结构中存在3种不同化学环境的氢原子，因此正己烷的一氯代物有3种，B错误；正丁烷的化学式为C4H10，其结构与正己烷相似，二者的化学式相差2个CH2基团，二者互为同系物，C正确；正己烷与溴水不发生反应，但溴单质能溶于正己烷中，因此正己烷与溴水混合时，发生萃取而使溴水褪色，D错误。15．下列有关烷烃的叙述中，不正确的是()A．在烷烃分子中，所有的化学键都是单键B．分子通式为CnH2n＋2的烃是烷烃C．烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去D．所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应[答案]C[解析]烷烃分子中碳原子形成四个共价键全是单键，A正确；分子通式为CnH2n＋2的烃，满足碳原子的价键是分子中形成的全是单键，是饱和烃，B正确；烷烃的结构决定了化学性质，碳原子是饱和状态，均不能使KMnO4(H＋)溶液褪色，C错误；烷烃的通性是饱和碳原子上的氢原子在一定条件下和氯气发生取代反应，D正确。16．如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲管中注入10mLCH4，同温同压下乙管中注入50mLCl2，将乙管气体推入甲管中，并将该装置放在光亮处一段时间，气体在甲管中反应。(1)下列是某同学预测的实验现象：①气体最终变为无色；②实验过程中，甲管活塞向内移动；③甲管内壁有油珠附着；④产生火花。其中正确的是________。(2)甲管中发生化学反应的类型为________(填字母)。(3)反应后，甲管中剩余气体能用下列试剂吸收的是________(填字母)。A．水 B．NaOH溶液C．AgNO3溶液 D．饱和食盐水(4)反应后，若将甲中的物质全部推入盛有适量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___________________________。[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，甲烷与氯气发生反应：CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up8(光照))CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2eq\o(→,\s\up8(光照))CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2eq\o(→,\s\up8(光照))CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2eq\o(→,\s\up8(光照))CCl4＋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，而甲中甲烷与氯气体积比为1∶5，说明氯气过量，反应后仍有氯气剩余。该反应进行缓慢，不会产生火花。产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体，所以气体的总物质的量减小，内部压强减小，甲管活塞向内移动。(2)甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代，故甲管中发生的是取代反应。(3)剩余气体中含有一氯甲烷、氯气和氯化氢，可用氢氧化钠溶液吸收。(4)生成的HCl会与AgNO3溶液反应生成AgCl白色沉淀，同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水而看到液体分为两层；因Cl2有剩余，若加入几滴石蕊溶液，溶液会先变红后褪色。17．某课外活动小组利用如图所示装置探究甲烷与氯气的反应。根据题意，回答下列问题：(1)CH4与Cl2发生反应的条件是________；若用日光直射，可能会引起________。(2)实验中可观察的实验现象有量筒内壁出现油状液滴，饱和食盐水中有少量固体析出，__________________________，____________________________等。(3)实验中生成的油状液滴的化学式为_______________________________，其中____________是工业上重要的有机溶剂。(4)用饱和食盐水而不用水的原因是__________________________________。[答案](1)光照爆炸(2)量筒内黄绿色气体颜色变浅量筒内液面上升(3)CH2Cl2、CHCl3、CCl4CHCl3、CCl4(4)降低Cl2在水中的溶解度，抑制Cl2和水反应[解析]CH4和Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，随着反应进行，Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失。又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色油状液体，故量筒内壁上有油状液滴。因生成的HCl易溶于水，量筒内的压强减小，故量筒内液面上升。HCl溶于水后，溶液中Cl－浓度增大，使NaCl固体析出。1．下列说法正确的是()A．CHCl3只有一种结构，说明甲烷是以碳原子为中心的正四面体结构B．1mol甲烷生成CCl4最多消耗2mol氯气C．标准状况下，11.2LCCl4中含有C—Cl键的数目为2NAD．在点燃甲烷气体之前必须检验其纯度[答案]D[解析]三氯甲烷只有一种结构，不能说明甲烷结构是平面结构还是正四面体结构，二氯甲烷若存在同分异构体说明甲烷是平面结构，若无同分异构体说明甲烷是正四面体结构，A错误；甲烷中的四个氢原子均可以被Cl原子取代，1mol甲烷中有4mol氢原子，和氯气光照条件下充分反应，最多消耗4mol氯气，B错误；标准状况下四氯化碳为液体，不能根据气体摩尔体积来计算其物质的量，C错误；可燃性气体在点燃之前要验纯，故甲烷在点燃之前要验纯，D正确。2.下列说法不正确的是()A．eq\o\al(16,8)O和eq\o\al(18,8)O是两种核素B．分子式为C5H12与分子式为C6H14的有机物互为同系物C．金刚石、石墨与C60互为同素异形体D．CH3CH2OH和互为同系物[答案]D[解析]eq\o\al(16,8)O和eq\o\al(18,8)O是质子数相同、中子数不同的两种核素，故A正确；分子式为C5H12与分子式为C6H14的有机物都是烷烃，结构相似，组成相差一个“CH2”原子团，互为同系物，故B正确；金刚石、石墨与C60是碳元素的不同单质，互为同素异形体，故C正确；CH3CH2OH和结构不相似，且分子组成上相差的也不是一个或若干个“CH2”原子团，二者不互为同系物，故D错误。3．下列关于同系物的说法中错误的是()A．同系物具有相同的最简式B．同系物能符合同一通式C．同系物中，相邻的同系物彼此在组成上相差1个“CH2”原子团D．同系物的化学性质基本相似，物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化[答案]A[解析]结构相似，必属于同一类物质，因此有同一通式，但不一定有相同的最简式，A错误，B正确；相邻的同系物在组成上相差1个“CH2”原子团，C正确；因结构相似，所以化学性质基本相似，但组成上的差异使得物理性质随碳原子数增加而呈规律性变化，D正确。4．下列有关烷烃的叙述中，正确的是()①在烷烃分子中，所有的化学键都是单键；②烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去；③分子通式为CnH2n＋2的烃不一定是烷烃；④所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应；⑤光照条件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色；⑥所有的烷烃都可以在空气中燃烧A．①②③⑥ B．①④⑥C．②③④ D．①②③④[答案]B[解析]①烷烃属于饱和烃，碳与碳之间、碳与氢之间都以单键结合；②烷烃性质稳定，均不能使酸性KMnO4溶液褪色；③分子通式为CnH2n＋2的烃一定是烷烃；④烷烃在光照条件下都能与Cl2发生取代反应；⑤C2H6不能与溴水发生取代反应使其褪色，但能与溴蒸气在光照下发生取代反应；⑥烷烃都可以在空气中燃烧生成CO2和H2O。5．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)molB．(2a＋3b＋4c)molC．(1＋a＋2b＋3c)mol D．(a＋b＋c)mol[答案]C[解析]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几摩尔的氯气，因此消耗的氯气的物质的量为(1－a－b－c)mol＋2amol＋3bmol＋4cmol＝(1＋a＋2b＋3c)mol。6．分子中含有2～5个碳原子的直链烷烃沸点和燃烧热的数据如下表：烷烃名称乙烷丙烷丁烷戊烷沸点/℃－88.6－42.1－0.536.0燃烧热/(kJ·mol－1)1560.72219.22877.63535.6燃烧热：25℃、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧，生成指定产物所放出的热量，单位为kJ·mol－1。根据表中数据，下列判断错误的是()A．正庚烷在常温、常压下肯定不是气体B．随分子中碳原子数增加，烷烃的燃烧热逐渐增大C．随分子中碳原子数增加，烷烃沸点逐渐升高D．随分子中碳原子数增加，烷烃沸点和燃烧热都成比例增加[答案]D[解析]根据表格中数据可知，随分子中碳原子数增加，烷烃的沸点升高，燃烧热增加，由于正庚烷分子中碳原子数大于戊烷分子中的碳原子数，所以正庚烷在常温、常压下肯定不是气体，A正确；根据表中数据可知，烷烃的沸点和燃烧热并不是成比例增加，B、C正确，D错误。7．一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．12.5g B．13.2gC．19.7g D．24.4g[答案]B[解析]8．1mol某烷烃完全燃烧需要8mol氧气，则这种烷烃的化学式为()A．C5H12B．C4H10C．C3H8D．C6H14[答案]A[解析]设烷烃的分子式为CnH2n＋2，燃烧的化学方程式为CnH2n＋2＋eq\f(3n＋1,2)O2eq\o(→,\s\up7(点燃))nCO2＋(n＋1)H2O1moleq\f(3n＋1,2)mol1mol8mol则有eq\f(3n＋1,2)＝8，解得n＝5，故烷烃化学式为C5H12。9．两种气态烃组成的混合气体，完全燃烧后得到CO2和H2O的物质的量随着混合烃的物质的量的变化如图所示，则下列对混合烃的判断正确的是()①可能有C2H2②一定有CH4③一定有C3H8④一定没有C4H6⑤可能有C2H6A．②⑤B．②④C．③④D．②③[答案]B[解析]由题图可知两种气态烃的平均组成为C1.6H4，根据碳原子平均数可知，该混合气体中一定含有CH4，由氢原子平均数可知，另一气态烃中氢原子数目为4，碳原子数目大于1.6，且不超过4(烃中C原子数目一定不多于H原子数目)，故一定没有C2H2、C3H8、C4H6、C2H6，故②④正确。10．按要求回答下列问题。(1)乙烷的结构式为_____________________________________。(2)丙烷的结构简式为__________________________________。(3)分子中含有30个氢原子的烷烃的分子式为____________。(4)相对分子质量为58的烷烃的结构有________种，分别写出它们的结构简式：____________________________________________________________________。(5)分子式为C5H12的直链烷烃的习惯命名为________，其一氯代物只有一种的同分异构体的结构简式为______________________________________________________。[答案](1)(2)CH3CH2CH3(3)C14H30(4)2CH3CH2CH2CH3、(5)正戊烷C(CH3)4[解析](1)乙烷的分子式为C2H6，其结构式为。(2)丙烷的分子式为C3H8，其结构简式为CH3CH2CH3。(3)由烷烃的分子式的通式CnH2n＋2(n为正整数)可知，2n＋2＝30，n＝14，其分子式为C14H30。(4)由烷烃的分子式的通式可知，14n＋2＝58，n＝4，C4H10的结构有2种，分别为CH3CH2CH2CH3和。(5)分子式为C5H12