第一节 最简单的有机化合物——甲烷
第1课时 甲 烷
(时间:40分钟)
选题表 知识点 有机物判断与计算 甲烷的结构与性质 综合 题号 3,8,11,12 1,2,4,5,7 6,9,10,13,14 基础过关
1.(2016·甘肃庆阳期末)下列关于甲烷分子结构的叙述中,正确的是( D ) A.甲烷分子中C、H原子间是离子键 B.甲烷分子的空间结构是正方体 C.甲烷的结构式为CH4
D.甲烷分子中4个碳氢键完全相同
解析:非金属元素之间形成共价键,甲烷分子中C、H原子间是共价键,A错误;甲烷分子是空
间正四面体结构,结构式为,4个碳氢键完全相同,B、C错误,D正确。 2.(2017·黑龙江哈尔滨六中期中)下列关于甲烷的说法正确的是( B ) A.实验室可用向上排空气法收集甲烷 B.甲烷点燃之前需要验纯
C.甲烷可以与溴水发生取代反应
D.甲烷在空气中燃烧只可能生成CO2和H2O
解析:甲烷的密度比空气的小,不能用向上排空气法收集,A错误;甲烷与溴蒸气能发生取代反应,与溴水不能发生取代反应,C错误;甲烷在空气中若不完全燃烧,会产生CO,D错误。 3.下面列举的是某化合物的组成和性质,能说明该物质肯定是有机物的是( A ) A.仅由碳、氢两种元素组成 B.仅由碳、氢、氧三种元素组成 C.在氧气中燃烧只生成二氧化碳 D.熔点低而且难溶于水
解析:烃都是有机化合物,A正确;碳酸(H2CO3)不属于有机物,B错误;单质碳、一氧化碳在氧气中燃烧只生成二氧化碳,它们均不属于有机物,C错误;Br2、CO等熔点低且难溶于水但不属于有机物,D错误。
4.为验证甲烷分子中含有碳、氢两种元素,可将其燃烧产物通过①浓硫酸;②澄清石灰水;③无水硫酸铜。正确的顺序是( D )
A.①②③ B.②③ C.②③① D.③②
解析:甲烷的燃烧产物是H2O和CO2,先通过无水硫酸铜(变蓝色),证明生成物中有H2O,则证明甲烷中含有氢元素;再通过澄清石灰水(变浑浊),证明生成物中有CO2,则证明甲烷中含有碳元素,D正确。
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5.(2017·河南林州一中调研)科学家在海洋中发现了一种冰状物质——可燃冰,其有效成分为甲烷。下列说法正确的是( C )
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:在相同条件下甲烷的密度小于空气,②错误。
6.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,则集气瓶中的气体可能是( D )
①CO、O2 ②Cl2、CH4 ③NO2、O2 ④N2、H2 A.①② B.②④ C.③④ D.②③
解析:从题目的叙述情况看,所选气体组必须是与水作用后混合气体总体积减小的,此时应注意CH4与Cl2的取代反应生成HCl,HCl易溶于水,因此应选D。
7.公元前一世纪,我国已使用天然气,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( B )
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: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(如能燃烧),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、CH2Cl2、CHCl3和CCl4且均难溶于水,故C、D均正确。 8.(2017·河南林州一中调研)一定量的甲烷在O2不足的情况下燃烧,得到CO、CO2和H2O的总质量是14.4 g,若其中水的质量是7.2 g,则CO的质量是( A ) A.2.8 g B.4.4 g
C.5.6 g D.在2.8 g和5.6 g之间
解析:甲烷燃烧时,当O2少量时生成CO和H2O,当O2足量时生成CO2和H2O,所以在不足量的O2中燃烧生成CO、CO2和H2O。由氢原子守恒知CH4的物质的量为0.2 mol。设CO和CO2的质量分别为x、y。
则 解得x=2.8 g。
9.如图是某同学利用注射器设计的简易实验装置。甲管中注入10 mL CH4,同温、同压下乙管中注入50 mL Cl2,将乙管气体推入甲管中,针管用日光照射一段时间,使气体在甲管中反应。
(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;
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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。 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:(1)甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,氯气逐渐减少,但不消失,因为氯气过量,所以氯气的颜色逐渐变浅,不会变成无色;反应后有油状液滴(二氯甲烷、三氯甲烷与四氯甲烷)出现;反应过程中气体的体积减小,导致管内的压强低于外界大气压,甲管活塞向内移动。 (2)甲烷与氯气在光照条件下发生的是取代反应。
(3)反应后,甲管中剩余气体为氯气,因此用氢氧化钠溶液吸收。 (4)甲管中的氯气、氯化氢溶于水,氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,溶液呈酸性,氯离子能与AgNO3溶液中的银离子产生氯化银白色沉淀;其余有机物不溶于水,溶液分层,所以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液体分为两层,产生白色沉淀,溶液变浅黄绿色;若再向其中滴入几滴石蕊试液,又观察到溶液先变红后 褪色。
答案:(1)②③ (2)取代反应 (3)B
(4)液体分为两层,产生白色沉淀,溶液变浅黄绿色 溶液先变红后 褪色
能力提升
10.(2017·河南林州一中调研)三氯甲烷(CHCl3)又称氯仿,可用作麻醉剂,但在光照下易被氧化成剧毒的光气(COCl2),其反应式为2CHCl3+O2
2COCl2+2HCl。为了防止事故发生,在使
用三氯甲烷前要先检验一下其是否变质,检验用的最佳试剂是( B ) A.NaOH溶液 B.AgNO3溶液
C.溴水 D.淀粉碘化钾溶液
解析:根据已知信息可知,三氯甲烷变质后会生成HCl,可加入AgNO3溶液,若产生白色沉淀,则说明三氯甲烷变质。
11.(2016·湖北随州期末)在常温常压下,向100 mL CH4和Ar的混合气体中通入400 mL O2,点燃使其完全反应,最后在相同条件下得到干燥气体450 mL,则反应前混合气体中CH4和Ar的物质的量之比为( B ) A.1∶4 B.1∶3 C.1∶2 D.1∶1
解析:设原混合气体中含有x mL CH4,反应的方程式为CH4+2O2CH4+2O2
CO2+2H2O ΔV
CO2+2H2O,利用差量法计算:
1 2 1 2 2 x 2x x 2x 2x
则:2x mL=(100 mL+400 mL)-450 mL=50 mL,
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解得:x=25,所以混合气体中Ar的体积为V(Ar)=100 mL-25 mL=75 mL,相同条件下气体的体积之比等于物质的量之比,则反应前混合气体中CH4和Ar的物质的量之比为n(CH4)∶n(Ar)=V(CH4)∶V(Ar)=25 mL∶ 75 mL=1∶3。
12.瓦斯爆炸是空气中含甲烷5%～15%(体积分数)时遇火所产生的,发生爆炸最剧烈时,甲烷在空气中的体积分数大约为( B ) A.10.5% B.9.5% C.8% D.5% 解析:由CH4+2O2CO2+2H2O可知瓦斯爆炸最剧烈时,CH4和O2的体积比应为1∶2,因此CH4与
空气的体积比为1∶(2×)=1∶9.5,那么它在空气中的体积分数为×100%=9.5%。
13.已知碳化铝(Al4C3)与水反应生成氢氧化铝和甲烷。为了探究甲烷的性质,某同学设计如下两组实验方案。甲方案探究甲烷与氧化剂反应(如图1所示);乙方案探究甲烷与氯气反应的条件(如图2所示)。
甲实验现象:溴水无颜色变化,澄清石灰水变浑浊,无水硫酸铜变蓝色。乙实验操作过程:通过排饱和食盐水的方法收集两瓶甲烷与氯气(体积比为1∶4)混合气体(Ⅰ、Ⅱ),Ⅱ瓶用预先准备好的黑色纸套套上,Ⅰ瓶放在光亮处(不要放在日光直射的地方,以免引起爆炸)。按图2安装好装置,并夹紧止水夹a和b。
(1)写出碳化铝与硫酸反应的化学方程式:
。
(2)实验甲中浓硫酸的作用是 ,
集气瓶中收集到的气体能否直接排入空气中? (填“能”或“否”)。 (3)下列对实验甲有关现象与结论的叙述都正确的是 。
A.酸性高锰酸钾溶液不褪色,结论是通常条件下,甲烷不能与强氧化剂反应 B.硬质玻璃管里黑色粉末无颜色变化,结论是甲烷不与氧化铜反应
C.硬质玻璃管里黑色粉末变红色,推断氧化铜与甲烷反应只生成水和二氧化碳 D.甲烷不能与溴水反应,推知甲烷不能与卤素单质反应
(4)写出硬质玻璃管里可能发生的化学方程式:
(按甲烷与氧化铜物质的量之比2∶7)。
(5)过一段时间,打开图2的a、b止水夹,Ⅰ、Ⅱ中观察到的现象是
。
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解析:(1)碳化铝与硫酸反应可理解为碳化铝(Al4C3)与水反应,产物再和硫酸反应,所以产物为硫酸铝和甲烷。
(2)甲方案探究甲烷与氧化剂反应,盛放浓硫酸的装置放置在氧化剂氧化铜之前,所以实验甲中浓硫酸的作用是干燥CH4,甲烷和氧化铜反应,碳元素化合价升高,生成碳的氧化物,产物中可能有一氧化碳生成,所以集气瓶中收集到的气体不能直接排放到空气中。
(3)酸性高锰酸钾溶液不褪色,结论是通常条件下,甲烷不能与强氧化剂反应,故A正确;甲烷能与氧化铜反应,若少量甲烷参加反应,硬质玻璃管里为大量黑色粉末氧化铜和少量铜或氧化亚铜的混合物,无明显颜色变化,故B错误;氧化铜与甲烷反应生成水和二氧化碳、一氧化碳,硬质玻璃管里黑色粉末也能变红色,故C错误;甲烷不能与溴水反应,但甲烷能与卤素单质发生取代反应,故D错误。
(4)甲烷中碳元素化合价为-4价,甲烷与氧化铜反应,碳元素化合价升高,甲烷与氧化铜物质的量之比为2∶7,先根据氢原子守恒确定水前化学计量数,再根据碳、氧原子守恒确定CO2、CO的化学计量数。
(5)由于甲烷和氯气在光照条件下发生反应,生成物有CH3Cl(气体)、CH2Cl2(油状液体)、CHCl3(油状液体)、CCl4(油状液体)、HCl(极易溶于水),所以在Ⅰ瓶中:颜色逐渐变浅,有油状液体产生,出现白雾,且可以看见水倒吸入Ⅰ瓶中。 答案:(1)Al4C3+6H2SO42Al2(SO4)3+3CH4↑ (2)干燥CH4 否 (3)A (4)2CH4+7CuO7Cu+CO+CO2+4H2O
(5)在Ⅰ瓶中:颜色逐渐变浅,有油状液体产生,出现白雾,且可以看见水倒吸入Ⅰ瓶中
14.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形管左端会观察到
。
(5)右端玻璃管的作用是 。
解析:(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。
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高中化学 第三章 有机化合物 第一节 有机化合物 最简单的有机化合物—甲烷 第1课时 甲烷课时训练
