第23讲甲烷-2021-2022学年高一化学易混易错巧讲精练（人教版2019）原卷版

第2第23讲甲烷必备知识必备知识一、甲烷的分子结构(1)分子式：CH4。(2)电子式：。(3)结构式：。甲烷分子甲烷分子结构示意图甲烷分子比例模型甲烷分子球棍模型甲烷分子比例模型甲烷分子球棍模型(5)甲烷分子的结构特点：①CH4是非极性分子；②空间正四面体结构，碳原子位于正四面体的中心，键角109°28′；③C—H单键。二、甲烷的性质1．物理性质甲烷是一种没有颜色、没有气味的气体，密度比空气小，极难溶于水。2．化学性质通常状况下，甲烷性质比较稳定，与强酸、强碱、强氧化剂都不反应。但在特定的条件下，甲烷也能发生某些反应。(1)氧化反应甲烷在空气中燃烧的化学方程式为CH4＋2O2eq\o(→,\s\up17(点燃))CO2＋2H2O；现象为安静地燃烧，火焰呈淡蓝色。(2)取代反应①实验探究：甲烷与Cl2的取代反应。实验装置AB实验现象A装置：试管内气体颜色逐渐变浅，试管壁出现油状液滴，试管中有少量白雾，且试管内液面上升，水槽中有固体析出B装置：无明显现象实验结论CH4与Cl2只有在光照条件下发生反应，反应历程如下：CH4+Cl2CH3Cl+HClCH3Cl+Cl2CH2Cl2+HClCH2Cl2+Cl2CHCl3+HClCHCl3+Cl2CCl4+HCl反应特点1．甲烷与氯气反应生成四种有机物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和无机物HCl，其中HCl的物质的量最多2．连锁反应：甲烷中的氢原子被氯原子逐步取代，各步反应同时进行，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行3．数量关系：每取代1mol氢原子，消耗1molCl2，生成1molHCl②甲烷的四种氯代产物的性质a．水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均难溶于水。b．状态：常温下除CH3Cl是气体，其余三种均为液体。③取代反应概念：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。3．取代反应和置换反应的比较类别取代反应置换反应实例CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up10(光))CH3Cl＋HClZn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑定义有机物分子里的原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应反应物一种化合物和另一种化合物或单质一种单质和一种化合物生成物一般生成两种新化合物另一种化合物和另一种单质反应中电子得失不一定发生电子转移，因此不一定是氧化还原反应一定发生电子转移，一定是氧化还原反应反应是否可逆有很多是可逆反应一般是不可逆反应4．甲烷的存在和用途(1)甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。(2)我国的天然气已探明储量为1.37万亿立方米，居世界第19位。主要分布在中西部的四川、重庆、甘肃、青海、新疆等地区及海底。(3)天然气是一种高效、低耗、污染小的清洁能源。它还是一种重要的化工原料。(4)“西气东输”就是将新疆等地的天然气，通过管道东输到长江三角洲，最终到达上海的一项巨大的工程。5．CH4的实验室制备实验室制甲烷的方法是将无水醋酸钠(CH3COONa)和碱石灰混合物加强热。(1)反应原理：脱羧反应(2)实验装置：实验室制CH4的装置应与制备O2和NH3的装置相同．(3)收集方法：由于生成的CH4在水中溶解度很小，所以一般采用排水法收集。易混易错点易混易错点1．甲烷分子的结构特点经过实验测定甲烷是一个空间正四面体结构，四个H原子分别位于正四面体的四个顶点上，C原子位于正四面体的中心，4个C—H键的长度和强度相同，C—H键之间的夹角都是109°28′。(1)若将CH4分子中的4个氢原子全部用其他的相同的原子或原子团替代，则形成的分子结构仍为正四面体，如CCl4；(2)若CH4分子中的4个氢原子被其他的不同原子或原子团替代，则形成的分子结构仍为四面体，但不属于正四面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。2．有机物分子中紧邻碳原子的四个原子的空间构型有机物分子中，碳原子以四个单键与其他原子或原子团结合，则紧邻该碳原子的四个原子形成的空间结构就是四面体结构，即这四个原子一定不共平面。若这四个原子相同，则紧邻该碳原子的四个原子构成正四面体结构。3．中学化学中常见的具有正四面体结构的物质有CH4、CCl4、P4、金刚石、晶体硅、SiO2、NHeq\o\al(＋,4)等。4．甲烷与卤素单质的取代反应反应条件光照(强光照射会发生爆炸)反应物气态卤素单质和甲烷生成物卤化氢和各种卤代甲烷的混合物，其中卤化氢的量最多反应特点①卤素单质不同，反应速率不同②逐步取代，各步反应同时进行③取代1molH原子，消耗1molX2，生成1molHX5．反应产物的性质比较化学式CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4名称(俗称)一氯甲烷二氯甲烷三氯甲烷(氯仿)四氯甲烷(四氯化碳)溶解性不溶于水，溶于有机溶剂不溶于水，溶于有机溶剂不溶于水，是重要的有机溶剂不溶于水，是重要的有机溶剂常温状态气态液态液态液态用途－－有机溶剂有机溶剂细细剖精析·易混不混·易错不错1．根据甲烷四个碳氢键的长度、强度及夹角相等，可以证明甲烷是正四面体吗？【细剖精析】假设甲烷是平面结构，则四个碳氢键的长度、强度及夹角也相等，所以上述条件不能证明甲烷是正四面体。2．根据CH3Cl、CHCl3或CCl4只有一种结构，可以证明甲烷是正四面体吗？【细剖精析】假设甲烷是平面结构，CH3Cl、CHCl3或CCl4也分别只有一种结构，所以上述条件不能证明甲烷是正四面体。3．甲烷与溴水能发生反应吗？与溴蒸气呢？【细剖精析】甲烷除了能与氯气在光照时反应外，与其他的卤素单质的气体也能发生反应，但必须是纯卤素如溴蒸气，与溴水不反应。4．假设1mol甲烷中的氢原子完全被取代，最多能与多少氯气反应？【细剖精析】发生取代反应时1mol氯气只能取代1mol氢原子，1mol甲烷中的氢原子完全被取代，最多能与4mol氯气反应。5．Cl2与CH4反应生成了哪些产物？物质的量最多的是什么产物？有机产物中哪种产物常温下是气体？【细剖精析】五种产物，有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。HCl的量最多。CH3Cl在常温下是气体。6．能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl？为什么？【细剖精析】不能。CH4和Cl2的反应是连锁反应，不可能只发生第一步取代反应，生成物为混合物，即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四种有机物与氯化氢形成的混合物，CH3Cl的产率低，因此不能用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合来制取纯净的CH3Cl。7．0.5molCH4与Cl2在光照下发生取代反应，反应完全后，测得四种有机产物的物质的量相同，则消耗Cl2的物质的量为多少？生成HCl的物质的量为多少？【细剖精析】四种产物的物质的量均为eq\f(0.5,4)mol＝0.125mol，n(Cl)＝0.125mol×(1＋2＋3＋4)＝1.25mol，n(HCl)＝n(Cl)＝1.25mol，n(Cl2)＝1.25mol。即消耗Cl2的物质的量为1.25mol，生成HCl为1.25mol。对点训练对点训练1．室温下，实验室用如图装置探究甲烷与氯气的反应，实验中观察不到的现象是A．强光照射能较快看到白雾B．若试管套上黑色纸套，试管内气体颜色逐渐变浅C．试管内壁有油状物质生成D．充分反应后试管中仍有气体2．下列有关化学用语表示不正确的是A．1—丁烯的结构简式：CH2CHCH2CH3 B．丙烷的球棍模型：C．乙烷的电子式： D．甲烷的空间填充模型：3．在光照条件下，等物质的量的甲烷与氯气充分反应后得到产物中物质的量最多的是A．一氯甲烷 B．二氯甲烷 C．氯化氢 D．四氯化碳4．下列关于CH4的说法错误的是A．CH4是沼气、天然气和煤矿坑道气的主要成分 B．甲烷和氯水光照时发生取代反应C．收集甲烷可以用向下排空气法 D．甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色5．若甲烷与氯气的体积之比为1∶1，则得到的产物为A．CH3ClHClB．CCl4HClC．CH3ClCH2Cl2D．CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HCl6．下列说法错误的是A．金刚石和石墨、H2O和D2O均属于同素异形体B．12C、13C、14C互为同位素C．CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3互为同系物D．乙醇(CH3CH2OH)和甲醚(CH3OCH3)互为同分异构体7．页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源和化工原料。世界能源研究所的最新研究表明，中国页岩气储量高达30万亿立方米以上，居世界第一，几乎是美国的两倍。下列关于页岩气主要成分甲烷的描述不正确的是A．甲烷完全燃烧只生成CO2和H2O，可推测出甲烷仅由碳、氢两种元素组成B．甲烷分子中，碳元素的质量分数为75%C．甲烷分子和氨气分子所含的电子总数相等D．鉴别H2、CO和CH4三种无色气体的方法是比较三种气体燃烧后的产物8．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溶液提升训练提升训练1．有两种气态烷烃的混合物，在标准状况下其密度为1.16g/L，则关于此混合物组成的说法正确的是（）A．一定有甲烷 B．一定有乙烷C．可能是甲烷和戊烷的混合物 D．可能是乙烷和丙烷的混合物2．某有机物CxHmOn完全燃烧时需要氧气的物质的量是该有机物的x倍，则其化学式中x、m、n的关系不可能是A．x︰m︰n=1︰2︰1 B．m︰n=2︰1C．m≥2x+2 D．m＜2x+23．某化合物4.6g完全燃烧，生成8.8g二氧化碳和5.4g水，该化合物中A．只含碳、氢两种元素 B．只含碳、氧两种元素C．含有碳、氢、氧三种元素 D．无法确定4．下列关于甲烷的说法，错误的是A．最简单的有机化合物B．能发生加成反应C．不能使酸性高锰酸钾溶液褪色D．天然气的主要成分是甲烷5．将2molCH4与氯气发生取代反应，待反应完全后，测定四种有机物的物质的量相等，则产生HCl的物质的量是A．2mol B．5mol C．6mol D．8mol6．取一支大试管，通过排饱和食盐水的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气。将试管倒置于盛有饱和食盐水的水槽中，放在光亮处，进行如图所示的实验。光照一段时间后，试管内液面上升，气体颜色逐渐变浅，试管内壁出现油状液滴，试管中出现了少量白雾。下列关于该实验的说法正确的是A．氯气与甲烷在没有光照条件下也发生反应B．试管内壁出现了油状液滴，是因为该反应生成了氯化氢C．试管中的白雾是反应生成的氯化氢气体遇水形成的酸雾D．该实验中生成的含氯产物中物质的量最大的是7．为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是A．标准状况下，和的混合气体中含有个氧原子B．和17gOH所含电子数均为C．与在光照条件下反应，生成的分子数为D．38.0g正丁烷38.0g正丁烷的混合物中共价键数目为8．甲烷与氯气在光照条件下反应，生成产物最多的是A．HCl B．CH2Cl2 C．CHCl3 D．CCl49．把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。下列说法错误的是A．试管内液面逐渐上升 B．有机产物只有CCl4C．混合气体黄绿色逐渐变浅 D．水槽内有白色晶体析出10．下列说法正确的是A．和互为同位素B．和互称为同分异构体C．和互为同素异形体D．和互称为同系物11．下列关于甲烷的说法正确的是A．甲烷能使酸性KMnO4溶液褪色B．甲烷和氯水在光照条件下发生取代反应C．甲烷能够燃烧，在一定条件下会发生爆炸，因此是矿井的安全威胁之一D．将甲烷和氯气按体积比1：1混合，光照条件下可以得到纯净的CH3Cl12．甲烷是天然气的主要成分，是一种高效、低耗、污染小的清洁能源。下列有关甲烷的说法正确的是①甲烷是一种正四面体结构的分子②物质的量1：1的甲烷与氯气发生