高中化学下册 311 甲烷的性质同步检测考试题13 新人教版必修2.docx
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高中化学下册 311 甲烷的性质同步检测考试题13 新人教版必修2.docx
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高中化学下册311甲烷的性质同步检测考试题13新人教版必修2
3.1.1甲烷的性质
【典例导悟】
【典例1】下列事实中能证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构的是
A.CH3Cl只代表一种物质
B.CH2Cl2只代表一种物质
C.甲烷的四个碳氢键的键长相等
D.甲烷的四个碳氢键的夹角相等
【规范解答】选B。
甲烷的结构式为
,其分子空
间构型可能有两种:
①为平面正方形结构,②为空间正四
面体结构,无论是①还是②的空间构型,A、C、D都是成立的,或者说A、C、D成立并不能证明甲烷分子空间构型是①还是②,若是构型①,则二氯甲烷有两种结构;若是构型②,则二氯甲烷只有一种结构。
【规律方法】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,该碳原子形成的分子结构就是四面体结构,若这四个原子或原子团相同,则该碳原子所形成的分子结构就是正四面体结构。
【变式训练】下列各图均能表示甲烷的分子结构,哪一种更能反映其真实存在状况()
A.Ⅰ B.Ⅱ C.Ⅲ D.Ⅳ
【解析】选D。
这几种形式都可表示甲烷这种物质,其中分子结构示意图、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的
空间构型,但其中比例模型更能形象的表达出H、C的位置及所占比例。
电子式只反映原子的最外层电子的成键情况,故答案为D。
【典例2】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
亮的地方,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)若题目中甲烷与氯气的体积比为1∶1,则得到的产物为_________。
A.CH3Cl HCl
B.CCl4 HCl
C.CH3Cl CH2Cl2
D.CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl
(3)经过几个小时的反应后,U形管右端的水柱变化是_______。
A.升高 B.降低 C
.不变 D.无法确定
(4)若水中含有Na2SiO3,则在U形管左端会观察____。
(5)右端玻璃管的作用是_________。
【思路点拨】解答该题需注意以下三点:
(1)甲烷的取代反应是一种连锁反应,第一步反应一旦开始后续反应立即进行。
(2)产物HCl易溶于水,会引起压强变小。
(3)硅酸是难溶性弱酸。
【自主解答】
(1)因Cl2足量,若充分反应,则CH4中的四
个H原子可完全被取代,生成CCl4和HCl,
CH4+4Cl2
CCl4+4HCl。
(2)甲烷与氯气的取代反应,是四步反应同时发生,故得到四种氯代产物和HCl。
(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应,U形管左侧生成的氯化氢气体易溶于水,压强减小,U形管右侧液面下降,左侧液面上升。
(4)因左侧生成HCl溶于水后发生反应
2HCl+Na2SiO3====H2SiO3↓+2NaCl,所以观察到有白色胶状沉淀生成。
光照
(5)为了平衡气压,在U形管右侧插有一个玻璃管。
答案:
(1)CH4+4Cl2
CCl4+4HCl
(2)D (3)B
(4)有白色胶状沉淀生成
(5)平衡气压
光照
【变式训练】将等物质的量的甲烷和氯气混合后,在漫射光的照射下充分反应,生成物中物质的量最大的是()
A.CH3Cl B.CH2Cl2 C.CCl4 D.HCl
【解析】选D。
甲烷与氯气发生取代反应时,每取代1mol氢原子都生成1molHCl,所以生成物中物质的量最多的为HCl。
【学业达标训练】
1.(2010·哈尔滨高一
检测)下列物质中属于有机物的是( )
①乙醇 ②食盐 ③石墨 ④甲烷 ⑤蔗糖 ⑥水 ⑦一氧化碳 ⑧碳酸钙 ⑨乙酸
A.①②④⑤⑨ B.①④⑤⑨
C.①③④⑤⑦⑧⑨ D.①④⑤⑥
【解析】选B。
食盐、水中不含碳元素,石墨、一氧化碳、碳酸钙三种物质虽含碳元素,但性质上与有机物有很大区别,不属于有机物。
2.(2010·长沙高一检测)有机物中的烃是( )的化合物
A.含有碳元素
B.含有碳元素和氢元素
C.仅含有碳元素和氢元素
D.燃烧后生成二氧化碳和水
【解析】选C。
仅含有碳元素和氢元素的有机物叫烃,烃燃烧后生成CO2和H2O,但烃的含氧衍生物燃烧也生成CO2和H2O,故只有C正确。
3.下表中四种物质的结构式或球棍模型有错误的是( )
【解析】选D。
结构式是表示分子中原子的结合或排列顺序的式子,不表示空间构型;球棍模型中小球表示原子,短棍表示化学键,用于表示分子的空间结构,题目中Cl2、H2O、NH3的结构
式、球棍模型均正确,而CH4为正四面体结构,而题给球棍模型不能表达,故D错误。
4.下列物质在一定条件下,可与CH4发生取代反应的是
( )
A.氧气 B.溴水
C.氯气 D.酸性KMnO4溶液
【解析】选C。
甲烷性质稳定,与酸性KMnO4溶液不反应,但在光照时与纯卤素单质发生取代反应,但能在氧气中燃烧发生氧化反应,故只有C正确。
5.在我
国的南海、东海海底已发现
天然气(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.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④
【解析】选C。
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正确。
6.下列叙述中错误的是( )
A.点燃甲烷需先进行验纯
B.甲烷燃烧能放出大量的热,所以它是一种很好的气体燃料
C.煤矿的矿井要注意通风和严禁烟火,以防爆炸事故的发生
D.同温同压下同质量的CH4比O2占的体积小
【解析】选D。
可燃性气体点燃之前必需验纯,否则易发生爆炸,故A、C正确;甲烷燃烧生成CO2和H2O且放出大量的热量,是一种很好的气体燃料,B正确;因为摩尔质量:
CH4 7.(2010·温州高一检测)某有机物在氧气中充分燃烧,生成的CO2和H2O的物质的量之比为1∶2,下列说法正 确的是( ) A.分子中C、H、 O个数之比为1∶2∶3 B.分子中C、H个数之比为1∶2 C.分子中可能含有氧原子 D.此有机物的最简式为CH4 【解析】选C。 根据有机物在氧气中燃烧时生成的CO2与H2O的物质的量之比为1∶2,推知有机物分子中C、H原子的个数比为1∶4,但不能说明其最简式为CH4,因为该 分子中还可能含有氧原子,故C正确。 8.已全面启动的“西气东输”二线工程于2009年底与中亚天然气管道相连,预计于2011年竣工。 截止至2009年2月,已有4亿人从中受益。 这里的“气”指的是“天然气”,主要成分是甲烷。 下列关于甲烷的说法正确的是( ) A.实验室可以用排水法收集甲烷 B.只有纯净甲烷在空气中安静燃烧 C.甲烷与氯水发生取代反应 D.甲烷在空气中燃烧只生成二氧化碳和水 【解析】选A。 甲烷难溶于水,可以用排水法收集,A项正确;甲烷与空气的混合物中甲烷的体积分数只要在爆炸极限之外,甲烷就能安静燃烧,B项错误;甲烷与卤素单质发生取代反应的条件是光照,甲 烷不能与氯水反应,C项错误;在氧气不足条件下,甲烷燃烧会生成一氧化碳和水,D项错误。 9. (1)某气态烃在标准状况下的体积为2.8L,其质量为2g,该烃中氢元素的质量分数为25%,则该烃的分子式 为______,电子式为______,结构式为______,其空间构型为______。 (2)如图立方体中心的“ ”表示甲烷分子中的碳原 子,请在立方体的顶点用“ ”表示出与之紧邻的4个氢 原子的位置。 【解析】 (1)该烃的物质的量为: n=2.8L/22.4L·mol-1=0.125mol,该烃的摩尔质量 M=2g/0.125mol=16g·mol-1;1mol该烃中含氢原子的物质的量为: n(H)=16g×25%/1g·mol-1=4mol;1mol该烃中含碳原子的物质的量为 : n(C)=16g×(1-25%)/12g·mol-1=1mol,所以分子式为CH4。 (2)CH4分子是以碳原子为中心的正四面体结构,在立方体中互不相邻的四个顶点即构成正四面体结构。 10.生态农业涉及农家废料的综合利用,某种肥料经发酵得到一种含甲烷、二氧化碳、氮气的混合气体。 2 .016L(标准状况)该气体通过盛有足量红热CuO粉末的硬质玻璃管,发生的反应为: C H4+4CuO CO2+2H2O+4Cu。 当甲烷完全反应后,硬质 玻璃管的质量减轻4.8g。 将反应后产生的气体通过过量的澄清石灰水,充分吸收,生成沉淀8.5g。 (1)原混合气体中甲烷的物质的量是______________。 (2) 原混合气体中氮气的体积分数为多少? (写出计算过程) △ 【解析】用差量法计算混合气体中甲烷的物质的量: 固体质量减少的量等于氧化铜失去氧元素的量, Δn(O)=4.8g/16g·mol-1=0.3mol, CH4+4CuO CO2+2H2O+4CuΔn(O) 1mol1mol4mol 0.075mol0.075mol0.3mol 与氧化铜完全反应后气体中二氧化碳总物质的量: n(CO2)=n(CaCO3)=8.5g/100g·mol-1=0.085mol ,原气体中二氧 化碳的量: n(CO2)=0.085mol-0.075mol=0.01mol,原气体总物质的量: n(CO2,N2,CH4)=2.016L/22.4L·mol-1=0.09mol, 其中氮气的物质的量: n(N2)=0.09mol-0.01mol -0.075mol=0.005mol, 原气体中氮气的体积分数: ( 0.005mol×22.4L/mol)/ (0.09mol×22.4L/mol)×100%=5.56%。 答案: (1)0.075mol (2)5.56%(计算过程见解析) 【素能综合检测】 一、选择题(本题包括5小题,每小题4分,共20分) 1.下列气体中不含甲烷的是( ) A.天然气 B.水煤气 C.油田气 D.沼气 【解析】选B。 甲烷是天然气、油田气和沼气的主要成分,而水煤气的主要成分是CO和H2。 2.下列叙述错误的是( ) A.通常情况下,甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不起反应 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CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4,都属于取代反应 D.甲烷的四种取代物都难溶于水 【解析】选B。 CH4的性质比较稳定,通常情况下,不与强酸、强碱、强氧化剂反应,而不是不能被任何氧化剂氧化,A正确,B错误;CH4在光照条件下与Cl2发生 取代 反应,生成4种有机产物,它们是CH3Cl、CH2Cl、CHCl3和CCl4,且均难溶于水,故C、D均正确。 3.(2010·宣城同步检测)已知一种 有机物的分子式为C4H4,分子结构如 图所示,若将该有机物与适量的氯气 混合光照,则生成的卤代烃的种类共 有( ) A.2种 B.4种 C.5种 D.6种 【解析】选B。 据C4H4分子结构可知分子中4个碳原子形成正四面体结构,所以分子完全对称,因此C4H3Cl、C4H2Cl2、C4HCl3、C4Cl4分子均只有一种结构,故生成的卤代烃一共有4种。 4.将标准状况下的11.2L甲烷和22.4L氧气混合点燃,恢复到原状况后,气体的体积为( ) A.11.2L B.22.4L C.33.6L D.44.8L 【解析】选A。 CH4+2O2 CO2+2H2O,因此11.2L甲烷与22.4L氧气恰好完全反应生成11.2L的CO2气体,故选A。 点燃 5.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.2mol C.2.5mol D.4mol 【解析】选C。 1mol CH4与氯气发生取代反应,生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25mol,该四种取代物中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。 二、非选择题(本题包括3小题,共30分) 6.(7分)如图,某气体X可能由H2、CO、CH4中的一种或几种组成。 将X气体燃烧,把燃烧 后生成的气体通过A、B两个洗气瓶。 试回答下列问题: (1)若A洗气瓶的质量增加,B洗气瓶的质量不变,则气体X是___________。 (2)若A洗气瓶的质量不变,B洗气瓶的质量增加,则气体X是____________。 (3)若A,B两个洗气瓶的质量都增加,试推测X可能有几种组合,填写下表。 (有多少种写多少种,不必填满) 【解析】H2、CO、CH4燃烧的产物分别是H2O(g)、 CO2(g)、CO2(g)和H2O(g)。 H2O(g)可被浓H2SO4吸收,CO2可被澄清石灰水吸收。 根据洗气瓶质量的变化,可判定生成的产物 。 答案: (1)H2 (2)CO (3)①CH4 ②CH4与H2 ③CH4与CO ④H2与CO ⑤CH4、H2和CO 7.(9分)(2010·三明高一检测)CH4和O2(过量)混合气体840mL(标准状况下),经电火花点燃充分反应,将反应后的气体(120℃)通过足量碱石灰( 充分吸收CO2和H2O) ,碱石灰增重0.60g。 (1)原混合气体中CH4的物质的量为_______。 (2)通过足量碱石灰后剩余气体的体积为_______(标准状况下)。 (3)打火机中的燃料是丁烷(C4H10),写出丁烷完全燃烧的化学方程式: _______。 【解析】设原混合气体中CH4的物质的量为x,则有 CH4+2O2 CO2+2H2O X2xx2 x 所以44g/mol·x+18g/mol·2x=0.60g 解得x=0.0075mol,因此原混合气体中CH4与O2的总物质的量为0.0075mol×3=0.0225mol,即504mL,所以剩余气体的体积为840mL-504mL=336mL。 丁烷分子式为C4H10,完全燃烧产物为CO2和H2O,据原子守恒配平即得化学方程式。 答案: (1)0.0075mol (2)336mL (3)2C4H10+13O2 8CO2+10H2O [实验·探究] 8.(14分)如图是某同学利用日常用品注射器设计简易实验装置。 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,气体在甲管中反应,针管用日光照射一段时间。 (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;④产生火花。 其中正确的是_____。 (2)甲管中发生的化学反应类型为_____。 (3)反应后,甲管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,若将甲管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试液,又观察到_____。 【解析】在光照下, 甲烷与氯气发生连锁反应: CH4+Cl2 CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl, CH2Cl2+Cl2 CHCl3+HCl,CHCl3+Cl2 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,而该针管里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。 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AgNO3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,若加入几滴石蕊,溶液会变红。 答案: (1)②③ (2)取代反应 (3)B (4)液体分为两层,产生白色沉淀 溶液变红色
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