(新课标2020)高中化学 课后作业13 甲烷的性质 新人教版必修2.doc

课后作业(十三)

[基础巩固]

一、甲烷的结构、存在和用途

1．在我国的南海、东海海底已发现天然气(含甲烷等)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。下列说法正确的是( )

①甲烷属于烃类②在相同条件下甲烷的密度大于空气

③甲烷难溶于水④可燃冰是一种极具潜力的能源

A．①②③B．②③④

C．①③④D．①②④

[解析]甲烷是最简单的烃，难溶于水，因其相对分子质量为16，故相同条件下密度小于空气，甲烷燃烧放出较多的热量且产物为CO2和H2O，所以可燃冰是一种极具潜力的能源，因此C项正确。

[答案] C

2．能够证明甲烷分子空间结构为正四面体的事实是( )

A．甲烷的四个碳氢键的强度相等

B．甲烷的四个碳氢键的键长相等

C．甲烷的一氯代物只有一种

D．甲烷的二氯代物只有一种

[解析]甲烷无论是正四面体结构，还是正方形的平面结构，CH4中都含有4个相同的C—H，键的强度、键长均相等；且一氯代物均只有一种。所以A、B、C三项错误；CH2Cl2若是正方形的平面结构，则其结构应有两种，即

，若是正四面体结构，则其结构只有一种；所以D项正确。

[答案] D

3．下列关于甲烷分子结构的说法正确的是( )

A ．甲烷分子的电子式为

，分子中各原子都达到8电子稳定结构

B ．甲烷分子中的化学键全部为非极性键

C ．CH 4分子比SiH 4分子稳定，说明碳元素的非金属性比硅元素的非金属性强

D ．CH 3Cl 的四个价键的键长和强度相同，夹角相等

[解析] 甲烷分子中H 原子最外层只有2个电子，不是8电子稳定结构，A 项错误；甲烷分子中的化学键均为极性键，B 项错误；元素的非金属性越强，其简单氢化物越稳定，反之也成立，C 项正确；一氯甲烷中C —Cl 键与C —H 键的键长和强度不同，故四个键的键角也不完全相等，D 项错误。

[答案] C

二、甲烷的燃烧及相关计算

4．鉴别甲烷、一氧化碳和氢气等三种无色气体的方法是( )

A ．通入溴水―→通入澄清石灰水

B ．点燃―→罩上涂有澄清石灰水的烧杯

C ．点燃―→罩上干冷烧杯―→罩上涂有澄清石灰水的烧杯

D ．点燃―→罩上涂有澄清石灰水的烧杯―→通入溴水

[解析] 点燃，用干燥的烧杯可以检验出是否生成水，从而确定原气体是否含有氢元素；用涂有澄清石灰水的烧杯可检验出是否生成CO 2，从而确定原气体中是否含有碳元素。

[答案] C

5．将标准状况下11.2 L 甲烷和22.4 L 氧气混合点燃，恢复到原状况后，气体的体积为( )

A ．11.2 L

B ．22.4 L

C ．33.6 L

D ．44.8 L

[解析] CH 4＋2O 2――→点燃

CO 2＋2H 2O ，因标准状况下11.2 L 甲烷与22.4 L 氧气恰好完全反应生成11.2 L 的CO 2气体，此时H 2O 不是气体，故选A 。

[答案] A

三、取代反应的理解

6．下列化学反应中不属于取代反应的是( )

A ．CH 2Cl 2＋Br 2――→光照

CHBrCl 2＋HBr

B ．CH 3OH ＋HCl ――→光照

CH 3Cl ＋H 2O

C ．2Na ＋2H 2O===2NaOH ＋H 2↑

D ．CH 3—CH 2—Br ＋H 2O ――→NaOH

△

CH 3—CH 2—OH ＋HBr

[解析] 取代反应是指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。C 项中的反应为置换反应，不是有机反应，更不是取代反应。

[答案] C

7.(2018·全国卷)实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。光照下反应一段时间后，下列装置示意图中能正确反映实验现象的是( )

[解析] 甲烷与氯气在光照条件下发生反应：CH 4＋Cl 2――→光照

CH 3Cl ＋HCl ，CH 3Cl ＋Cl 2――→光照CH 2Cl 2＋HCl ，CH 2Cl 2＋Cl 2――→光照CHCl 3＋HCl ，CHCl 3＋Cl 2――→光照

CCl 4＋HCl 。黄绿色的氯气参加反应，逐渐减少，生成无色的气体，因此试管内气体颜色逐渐变浅；反应生成的HCl 极易溶于水，使试管内气体压强减小，因此试管内液面上升；生成的CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4均为无色油状液体，附着在试管壁上，因此试管壁上出现油状液滴；生成的HCl 气体遇到水蒸气溶解生成盐酸小液滴，形成，因此试管中有少量白雾。

[答案] D

8.如图所示，集气瓶内充满某混合气体，置于光亮处，将滴管内的水挤入集气瓶后，烧杯中的水会进入集气瓶，集气瓶内的气体是( )

①CO、O2②Cl2、CH4③NO2、O2④N2、H2

A．①②B．②④

C．③④D．②③

[解析]一氧化碳与氧气在点燃条件下反应，在光照下不反应，且一氧化碳不溶于水，氧气难溶于水，所以压强不变化，烧杯中水不进入，故①错误；甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应，生成氯化氢气体，氯化氢极易溶于水，将滴管中的水挤入集气瓶后，集气瓶内压强减小，烧杯中水进入集气瓶，故②正确；二氧化氮和氧气与水反应生成硝酸，将滴管内的水挤入集气瓶后，集气瓶内压强减小，烧杯中的水进入集气瓶，故③正确；氮气与氢气在催化剂、加热条件下反应，在光照条件下不反应，压强不变化，烧杯中水不会进入，故④错误。

[答案] D

9．已知正四面体形分子E和单质分子G反应，生成四面体形分子L和分子M(组成E分子的元素的原子序数小于10，组成G分子的元素为第三周期的元素)，如图所示，则下列判断中不正确的是( )

A．常温常压下，E、L均为气态有机物

B．E是一种含有10个电子的分子

C．上述反应的类型是置换反应

D．上述4种物质中有3种为共价化合物

[解析]正四面体形分子E，组成E分子的元素的原子序数都小于10，E由两种元素组成，灰色球只形成一个共价键，所以是H，黑色球表示C，所以E是甲烷；直线形分子G，组成G分子的元素为第三周期的元素，且G是双原子分子，所以G是Cl2，该反应是甲烷和氯气发生取代反应生成一氯甲烷和氯化氢，即L是一氯甲烷，M是氯化氢。常温常压下，甲烷、一氯甲烷均是气体，A项正确；E是甲烷分子，含有10个电子，B项正确；甲烷中的氢原子被氯原子取代生成一氯甲烷，属于取代反应，生成物中没有单质，不是置换反应，C项

错误；四种物质中甲烷、一氯甲烷和HCl 属于共价化合物，所以4种物质中有3种为共价化合物，D 项正确。

[答案] C

10．天然气的主要成分为甲烷。下列关于甲烷的叙述中，错误的是( )

A ．通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不反应

B ．甲烷化学性质比较稳定，不能被任何氧化剂氧化

C ．甲烷跟氯气反应无论生成CH 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3还是CCl 4，都属于取代反应

D ．光照条件下甲烷与Cl 2反应的四种有机产物都难溶于水

[解析] CH 4的性质比较稳定，通常情况下，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，但不是不能被任何氧化剂氧化(如能燃烧)，A 项正确，B 项错误；CH 4在光照条件下与Cl 2发生取代反应，生成4种有机产物，它们是CH 3Cl 、CH 2Cl 2、CHCl 3和CCl 4，且均难溶于水，故C 、D 项均正确。

[答案] B

[能力提升]

11．下列关于甲烷的叙述中正确的是( )

A ．甲烷分子的空间构型是正四面体，所以，CH 2Cl 2有两种不同构型

B ．甲烷可以与氯气发生取代反应，因此，可以使氯水褪色

C ．甲烷能够燃烧，在一定条件下会发生爆炸，因此，是矿井安全的重要威胁之一

D ．甲烷能使KMnO 4溶液褪色

[解析] A 中，由于甲烷是正四面体结构，四个顶点中任意两个氢原子都是相邻关系，故CH 2Cl 2不存在不同构型；B 中，CH 4只能跟氯气在光照下反应，与氯水不反应；D 中，CH 4比较稳定，不能被KMnO 4溶液氧化。

[答案] C

12．一定量的甲烷燃烧后得到的产物为CO 、CO 2和水蒸气，此混合气体质量为49.6 g ，当其缓慢经过无水氯化钙(足量)时，氯化钙增重25.2 g ，则原混合气体中CO 2的质量为( )

A ．11.2 g

B ．19.7 g

C ．13.2 g

D ．12.5 g

[解析] 25.2 g 是甲烷燃烧生成的H 2O(g)的质量，n (H 2O)＝25.2 g÷18 g/mol＝1.4 mol ，

则甲烷的物质的量可由氢元素守恒求得：n (CH 4)＝12

×1.4 mol ＝0.7 mol 。则混合气体中CO 和CO 2的物质的量之和为0.7 mol ，而其质量之和为49.6 g －25.2 g ＝24.4 g 。据此可得下列方程组：n (CO)＋n (CO 2)＝0.7 mol,28 g/mol×n (CO)＋44 g/mol×n (CO 2)＝24.4 g ，解得n (CO)＝0.4 mol ，n (CO 2)＝0.3 mol ，则m (CO 2)＝0.3 mol×44 g·mol －1＝13.2 g 。

[答案] C

13．甲烷和氢气的混合气体V L ，完全燃烧需要的氧气的体积也是V L(相同状况)，则原混合气体中甲烷和氢气的体积比为( )

A ．1∶1

B ．1∶2

C ．2∶1

D ．3∶1

[解析] 设混合气体中CH 4为x L ，氢气为y L ，依据以下反应：CH 4＋2O 2――→点燃

CO 2＋2H 2O,2H 2

＋O 2=====点燃

2H 2O ，则????? x ＋y ＝V 2x ＋12y ＝V 解得：y ＝23V ，x ＝13V ；x ∶y ＝13V ∶23

V ＝1∶2。 [答案] B 14．在光照条件下，CH 4与Cl 2能发生取代反应。使1 mol CH 4与Cl 2反应，待反应完全后测得四种有机取代产物的物质的量之比n (CH 3Cl)∶n (CH 2Cl 2)∶n (CHCl 3)∶n (CCl 4)＝1∶2∶3∶4，则消耗的Cl 2的物质的量为( )

A ．1.0 mol

B ．2.0 mol

C ．3.0 mol

D ．4.0 mol

[解析] 在光照条件下，CH 4与Cl 2发生取代反应时，生成1 mol CH 3Cl 消耗1 mol 氯气，生成1 mol CH 2Cl 2消耗2 mol 氯气，生成1 mol CHCl 3消耗3 mol 氯气，生成1 mol CCl 4消耗4 mol 氯气。四种有机取代产物的物质的量之比n (CH 3Cl)∶n (CH 2Cl 2)∶n (CHCl 3)∶n (CCl 4)＝1∶2∶3∶4，根据碳原子守恒可知，生成的n (CH 3Cl)、n (CH 2Cl 2)、n (CHCl 3)、n (CCl 4)分别是0.1 mol 、0.2 mol 、0.3 mol 、0.4 mol ，消耗的Cl 2的物质的量为0.1 mol ＋2×0.2 mol ＋3×0.3 mol＋4×0.4 mol＝3.0 mol 。

[答案] C

15．燃烧法是测定有机化合物分子式的一种重要方法。以下是通过燃烧法推断物质组成的过程，请回答下列问题：

(1)某物质A 在氧气中完全燃烧只生成二氧化碳和水。则说明__________(填字母)。

A ．A 一定是烃

B ．A 一定含有

C 、H 两种元素，肯定不含氧元素

C ．A 一定含有C 、H 两种元素，可能含有氧元素

D ．A 一定含有C 、H 、O 三种元素

(2)甲烷在空气中完全燃烧的化学方程式为____________________________________。若2.24 L(标准状况下)甲烷完全燃烧后，将生成的气体通过足量碱石灰，那么碱石灰增重的质量是__________ g 。

[解析] (1)A 在氧气中完全燃烧只生成二氧化碳和水，说明A 一定含有C 、H 两种元素，由于氧气参与反应，故无法确定是否含有氧元素。(2)由甲烷完全燃烧的化学方程式CH 4＋

2O 2――→CO 2＋2H 2O 知，2.24 L(0.1 mol)甲烷完全燃烧生成0.1 mol CO 2和0.2 mol H 2O ，通过碱石灰被完全吸收，碱石灰增重为0.1 mol×44 g·mo l －1＋0.2 mol×18 g·mol －1

＝8 g 。

[答案] (1)C

(2)CH 4＋2O 2――→点燃

CO 2＋2H 2O 8

16．如下图是某同学利用日常用品注射器设计简易实验装置。甲中注入10 mL CH 4，同温同压下乙中注入50 mL Cl 2，将乙中气体推入甲中，用漫散光照射一段时间，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。

其中正确的是__________。

(2)甲管中发生反应的反应类型为__________。

(3)反应后，甲中剩余气体能用下列试剂吸收的是__________。

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AgNO 3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______________。

[解析] 在光照下，甲烷与氯气发生连锁反应：CH 4＋Cl 2――→光

CH 3Cl ＋HCl ，CH 3Cl ＋Cl 2――→光CH 2Cl 2＋HCl ，CH 2Cl 2＋Cl 2――→光CHCl 3＋HCl ，CHCl 3＋Cl 2――→光

CCl 4＋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，所以气体的总物质的量减小，内部压强减小，甲中活塞向内移动。(2)甲烷和氯气发生的是取代反应。(3)剩余气体中含有氯气和氯化氢，可用氢氧化钠溶液吸收剩余气体。(4)生成的HCl 会与AgNO 3溶液反应生成AgCl 白色沉淀，同时因CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4难溶于水而看到液体分为两层，因Cl 2有剩余，若加入几滴石蕊溶液，溶液会先变红后褪色。

[答案] (1)②③

(2)取代反应

(4)液体分为两层，产生白色沉淀溶液先变红后褪色

[拓展拔高]

17．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：

试回答下列问题：

(1)请写出C装置中生成CH3Cl的化学方程式：____________________________________。有人认为E中有氯化氢产生，不能证明甲烷与氯气发生了取代反应，你认为他的看法__________(填“正确”或“不正确”)。

(2)B装置有三种功能；①控制气流速率；②混匀混合气体；③__________。

(3)一段时间后发现D装置中的棉花由白色变为蓝色，则棉花上可能预先滴有__________溶液。

(4)E装置中除盐酸外，还含有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为__________(填字母)。

a．分液法B．蒸馏法

c．结晶法

(5)将1 mol CH4与Cl2发生取代反应，充分反应后生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次增大0.1 mol，则参加反应的Cl2的物质的量为__________，生成HCl的总物质的量为__________。

[解析](2)盛放的是浓硫酸，利用其吸水性，可作干燥剂。(3)蓝色一般可能是无水硫酸铜遇水变蓝，也可能是淀粉遇碘单质变蓝，根据装置图，只能是淀粉遇碘变蓝，因此棉花上预先滴有淀粉－KI溶液，利用氯气把碘置换出来。(4)有机物为卤代物，不溶于水，可以采用分液的方法进行分离，故a正确。(5)设CH3Cl为x mol，则CH2Cl2为(x＋0.1) mol，CHCl3为(x＋0.2) mol，CCl4为(x＋0.3) mol，根据碳原子守恒，x＋x＋0.1＋x＋0.2＋x＋0.3＝1，

解得x ＝0.1，因此消耗氯气的物质的量为(0.1＋0.2×2＋0.3×3＋0.4×4) mol＝3 mol ，消耗氯气的物质的量等于生成HCl 的物质的量，即3 mol 。

[答案] (1)CH 4＋Cl 2――→光

CH 3Cl ＋HCl 正确

(2)干燥气体

(3)淀粉－KI

(4)a

(5)3 mol

3 mol