2014高中化学311甲烷课时作业新人教版必修2.doc

2014-2015学年高中化学 3-1-1 甲烷课时作业 新人教版必修2
一、选择题(每小题4分，共48分，每小题有1－2个正确选项)
1．下列说法正确的是(　　)
A．甲烷为平面正方形结构，其结构式为
B．甲烷的电子式为
C．CH2Cl2为正四面体结构
D．CCl4为平面正方形结构
2．将1 mol甲烷和适量的Cl2混合后光照，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(　　)
A．1.5 mol　　　　　　 B．3 mol
C．4.5 mol D．6 mol
3．下列叙述正确的是 (　　)
A．由甲烷分子呈正四面体形结构可推知一氯甲烷分子也呈正四面体形结构
B．在甲烷的四种氯的取代物中，只有四氯甲烷是非极性分子
C．由甲烷(CH4)的氯代物有4种，可推知乙烷(结构式为)的氯代物有6种
D．由于CH4是易燃易爆的气体，所以点燃CH4前一定要检验其纯度
4.下列关于甲烷的叙述正确的是(　　)
A．甲烷分子的空间构型是正四面体，所以，CH2Cl2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KMnO4溶液褪色
5．把1 mol甲烷和4 mol氯气组成的混合气体充入到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，一段时间后，推测可能观察到的现象
①黄绿色逐渐消失　②试管壁上有油珠　③试管内水面上升　④水槽内有少量晶体析出
A．只有①③ B．只有①②③
C．只有①③④ D．①②③④
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(　　)

①CO、O2　②Cl2、CH4　③NO2、O2　④N2、H2
A．①② B．②④
C．③④ D．②③
7．1 mol甲烷和Cl2发生取代反应，待反应完成后，测得四种取代物的物质的量相等，则消耗Cl2的物质的量为(　　)
A．0.5 mol B．2 mol
C．2.5 mol D．4 mol
8．瓦斯爆炸是空气中含甲烷5%～15.4%(体积分数)遇火所产生的，发生爆炸最强烈时，甲烷在空气中的体积分数大约为(　　)
A．10.5% B．9.5%
C．8% D．5%
9．在一定条件下，下列物质可与甲烷发生化学反应的是(　　)
A．溴水 B．氯水
C．氧气 D．高锰酸钾溶液
10．下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。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中的化学键完全相同
D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同

答案
1．B　甲烷为正四面体结构，CCl4也是正四面体结构，CH2Cl2为四面体结构，但不是正四面体结构。
2．B　解答此题宜用原子守恒法。CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4中的碳原子都是从CH4中来的，故这四种取代物共1 mol，设CH3Cl的物质的量为x，则x＋(x＋0.1 mol)＋(x＋0.2 mol)＋(x＋0.3 mol)＝1 mol，得x＝0.1 mol，即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次为0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol，含Cl原子的物质的量共为0.1 mol×1＋0.2 mol×2＋0.3 mol×3＋0.4 mol×4＝3 mol。而一个Cl2分子中只有一个Cl原子参加取代反应，因此消耗的Cl2也为3 mol。
3．BD　CH4是正四面体结构，但CH3Cl中因C—Cl键不同于C—H键，所以是四面体结构，而不是正四面体结构；在甲烷的四种氯代物中，只有CCl4是正四面体结构，其结构对称，正负电荷的中心重合，是非极性分子，其余三者都是极性分子；由乙烷的结构式可知，其一氯取代物有1种，二氯取代物有2种()，三氯取代物有2种，四氯取代物有2种，五氯取代物和六氯取代物各有1种，这样，C2H6的氯代物共有9种，而非6种；点燃H2、CO、CH4等易燃易爆的气体前，一定要验纯，这是实验的基本常识。
4．C　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CH2Cl2不存在不同构型。B中，CH4只能跟氯气在光照下反应，与氯水不反应。D中，CH4比较稳定，不能被KMnO4溶液氧化。
5．D　氯气被消耗后，黄绿色消失。生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为油状液体，又因为氯气被消耗，气体的体积减小，试管内水面上升。生成的HCl溶于水降低了NaCl的溶解度，有NaCl析出。
6．D　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．C　依据CH4与Cl2的取代反应规律可知：1个Cl2分子取代1个H原子，同时生成1个HCl分子。所以由碳原子守恒可得，产生四种取代产物均为0.25 mol，生成0.25 mol CH3Cl需消耗n(Cl2)＝0.25 mol，生成0.25 mol CH2Cl2需消耗n(Cl2)＝0.5 mol，生成0.25 mol CHCl3需消耗n(Cl2)＝0.75 mol，生成0.25 mol CCl4需消耗n(Cl2)＝1.0 mol，因此总共消耗n(Cl2)＝2.5 mol。
8．B　由CH4＋2O2CO2＋2H2O可知瓦斯爆炸最强烈时，CH4和O2的体积比应为1∶2，因此CH4与空气的体积比为1∶≈1∶9.5。那么它在空气中的体积分数为×100%≈9.5%，选B。
9．C　甲烷化学性质比较稳定，在常温常压下不易被氧气、高锰酸钾溶液氧化，但在点燃条件下与氧气发生反应；甲烷与Cl2在光照条件下发生取代反应，但与溴水、氯水不反应。
10．B　CH3Cl中的C—Cl共价键和C—H共价键键能、键长及键的牢固性均不同，故CH3Cl不是正四面体结构，CH4和CCl4的性质也不相同。
11. D　Cl2和CH4气体的取代反应，无论按何体积比混合都将会发生各步取代反应。它不像无机反应那样固定反应物计量数可确定生成物种类。无机反应易于控制，有机反应则不易控制。在某一阶段，CH4与Cl2的每一步取代反应中都有HCl生成，因此得到的反应混合物中物质的量最多的是HCl。

11. 在光照条件下，将体积相同的甲烷气体和Cl2(常温、常压下)混合，得到的混合物中物质的量最多的是(　　)
A. CH3Cl　　　　　　 B. CH2Cl2
C. CHCl3 D. HCl
12. 一定质量的甲烷燃烧后的产物为CO、CO2和水蒸气，此混合气体质量为49.6 g，当其缓慢经过无水CaCl2时，CaCl2增重25.2 g。原混合气体中CO2的质量为(　　)
A. 12.5 g B. 13.2 g
C. 19.7 g D. 24.4 g
二、填空题(共52分)
13．(15分)

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之比为1∶1，则得到的产物为________(填字母编号)。
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________(填字母编号)。
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________________________________。
14.(18分)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：

根据设计要求回答：
(1)B装置有三种功能：①控制气流速度；②均匀混合气体；③______________。
(2)设V(Cl2)/V(CH4)＝x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应________。
(3)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是_____________。
(4)E装置的作用是________(填序号)。
A．收集气体 B．吸收氯气
C．防止倒吸 D．吸收氯化氢
(5)在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式：_________________________________________________________。
(6)E装置除生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为________。该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为________(填序号)。
a．CH4　b．CH3Cl　c．CH2Cl2　d．CHCl3　e．CCl4
15．(12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，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________________。
16．(7分)取标准状况下CH4和过量O2的混合气体840 mL，点燃，将燃烧后的气体用过量碱石灰吸收，碱石灰质量增加0.600 g。回答下列问题：
(1)碱石灰吸收后所剩气体的体积________(标准状况下)。
(2)原混合气体中CH4与O2的体积比______。

答案
12. B　经过CaCl2被吸收的为水蒸气，即n(H2O)＝＝1.4 mol，根据CH4的组成可知，CO和CO2的物质的量之和为：＝0.7 mol，设CO2的质量为x，则CO的质量为49.6 g－25.2 g－x，故有关系式：＋＝0.7 mol，解得：x＝13.2 g。
13．(1)CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl　(2)D　(3)B　(4)有白色胶状沉淀生成　(5)平衡气压
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＋4Cl2CCl4＋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。
(5)为了平衡气压，在U形管右侧插有一个玻璃管。
14．(1)干燥混合气体　(2)大于或等于4　(3)吸收过量的氯气　(4)CD　(5)CH4＋2Cl2C＋4HCl　(6)分液　ab
解析：(1)B装置的三个作用：①控制气流速度从而达到合适的反应比例；②均匀混合气体，便于后续实验；③干燥混合气体。
(2)当发生反应：CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl时生成HCl气体最多，所以要保证＝x≥4。
(3)KI能吸收多余的Cl2，反应的化学方程式为Cl2＋2KI===2KCl＋I2。
(4)E装置既吸收反应生成的HCl气体，同时还防止倒吸。
(5)根据信息知黑色小颗粒应为碳粉，根据原子守恒应为CH4＋2Cl2C＋4HCl。
(6)分离难溶于水的油状液体可用分液法。
15．(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
解析：在光照下，甲烷与氯气发生连锁反应：CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2CCl4＋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4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。
16．(1)336 mL　(2)1∶4
解析：(1)CH4＋2O2CO2＋2H2O,1 mol CH4完全燃烧得到的CO2和H2O共80 g，原混合气体中n(CH4)＝＝0.007 5 mol，CH4的体积为0.007 5 mol×22.4×103 mL·mol－1＝168 mL，剩余气体的体积＝840 mL－168 mL×3＝336 mL。
(2)V(CH4)∶V(O2)＝168 mL∶(840 mL－168 mL)＝1∶4。