8.1.1 天然气的利用 甲烷（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学必修第二册（苏教版2019）

有机化合物的获得与应用 专题8 第一单元 化石燃料与有机化合物 学习目标 1.知道有机化合物分子是有空间结构的,以甲烷、乙烯、乙炔、苯为例认识碳原子的成键特点。 2.知道有机化合物存在同分异构现象。 3.认识甲烷、乙烯、苯的结构及其主要性质与应用;结合典型实例认识结构与性质的关系。 4.知道氧化、加成、取代等有机反应类型。知道有机化合物之间在一定条件下是可以转化的。 重点难点 重点 1.甲烷的结构与性质,取代反应的概念。 2.乙烯的结构与性质,加成反应的概念。 3.苯的结构与性质。 难点 1.烷烃同分异构体的书写。 2.乙烯的化学性质。 3.苯的分子结构与化学性质。 第1课时　 天然气的利用　甲烷 目录 新知探究(一)——甲烷的存在、结构与性质 新知探究(二)——烷烃、同系物及同分异构体 课时跟踪检测 6 甲烷的存在、结构与性质 新知探究(一) 1.甲烷的存在 (1)天然气:天然气往往在地层与 伴生,其主要成分是 ,它是最简单的有机化合物。 (2)可燃冰:在我国南海和东海的海底发现了储量较大的天然气的水合物。 煤、石油 甲烷 2.分子结构 甲烷的分子式是 ;电子式是 ;结构式是 。 实验证明,甲烷分子具有 空间结构。 [微点拨]　①天然气、瓦斯、沼气、坑道气的主要成分都是甲烷。 ②甲烷中各C—H键完全相同,H—C—H的键角为109°28'。 CH4 正四面体 3.物理性质 4.化学性质 (1)稳定性:CH4性质稳定,不与强酸、强碱、 等物质反应。 颜色 状态 气味 密度(与空气相比) 水溶性 色 气体 味 比空气___ 溶于水 无 无 小 难 KMnO4 (2)氧化反应——燃烧 甲烷是一种高效而洁净的燃料,完全燃烧的化学方程式: 。 淡蓝色 燃烧 液滴 H2O 浑浊 CO2 CH4+2O2 CO2+2H2O (3)取代反应 ①实验探究 实验 操作 实验 现象 a.黄绿色逐渐消失,最后变为无色; b.集气瓶内壁有 附着; c.集气瓶内液面上升,水槽内有少量固体析出 油状液体生成物 反应 原理 CH4+Cl2 ___________________ CH2Cl2+HCl CH2Cl2+Cl2 __________________ CHCl3+Cl2 _______________ 产物 性质 水溶性:CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均 溶于水 状态:常温下除 是气体,其余三种均为油状液体 CH3Cl+HCl CH3Cl+Cl2 CHCl3+HCl CCl4+HCl 难 CH3Cl 续表 ②取代反应:有机化合物分子中的某种 (或 )被另一种 (或 )所取代的反应。 [微点拨]　①甲烷是可燃性气体,点燃前必须检验纯度。 ②甲烷与氯气的反应条件为光照,该光照只能是日光漫射,若是强光直射则会发生爆炸。 原子 原子团 原子 原子团 [典例]　取一支硬质大试管,通过排饱和NaCl溶液的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图),下列对于试管内发生的反应及现象的说法不正确的是 (　　) A.反应过程中试管内黄绿色逐渐消失,试管壁上有油珠产生 B.甲烷和Cl2反应后的有机产物有4种 C.盛放饱和NaCl溶液的水槽底部有晶体析出 D.CH4和Cl2完全反应后液面上升,液体充满试管 √ [解析]　Cl2被消耗完,黄绿色消失,生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为油状液体,所以试管壁上有油珠产生,A正确;CH4与Cl2反应生成4种有机物和1种无机物,B正确;CH4与Cl2反应有HCl生成,HCl溶于饱和NaCl溶液会有NaCl晶体析出,C正确;取代产物CH2Cl2、CHCl3、CCl4是油状液体,而CH3Cl是气体,不溶于饱和NaCl溶液,故液体不会充满试管,D错误。 [归纳拓展]　甲烷与氯气的取代反应 反应物 甲烷与氯气(不能用氯水) 反应条件 漫散光照射(不用太阳光直射,以防爆炸) 生成物 甲烷与氯气反应生成四种有机产物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和无机物HCl,其中HCl的产量最多 反应 特点 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 数量关系 每取代1 mol氢原子,消耗1 mol Cl2,生成1 mol HCl 续表 题点(一)　甲烷的分子结构 1.下列关于甲烷的叙述不正确的是(　　) A.甲烷的分子式为CH4 B.甲烷的电子式为 C.甲烷的结构式为 D.甲烷的空间填充模型为 [题点多维训练] √ 解析:甲烷的分子式为CH4,A正确;甲烷的电子式为 , B正确;甲烷的结构式为 ,C正确;甲烷的空间填充模型为 , D错误。 2.下列能说明CH4分子的5个原子不在同一平面而为正四面体空间结构的是 (　　) A.两个键之间夹角为109°28' B.C—H键为极性共价键 C.4个C—H键的键能、键长相同 D.碳的价层电子都形成共价键 √ 解析:键长是衡量共价键稳定性的主要参数,键长相同,两个键之间夹角为109°28',能说明CH4的空间结构为正四面体,故A正确;C—H键为极性共价键,与分子的空间结构无关,故B错误;键能是衡量共价键稳定性的主要参数,CH4的C—H键的键能、键长相同,不能判断分子的空间结构,故C错误;碳的价层电子都形成共价键,只能说明原子间的成键方式,不说明分子的空间结构为正四面体,故D错误。 题点(二)　甲烷的性质 3.(2024·北京西城区高一期中)实验小组探究甲烷与氯气的取代反应,装置、现象如下: 装置 现象 ⅰ.光照后,产生白雾,混合气体颜色变浅 ⅱ.试管内液面上升 ⅲ.试管壁出现油状液滴 下列说法不正确的是 (　　) A.饱和NaCl溶液可以减少氯气的溶解 B.出现油状液滴,说明CH4全部转化为CCl4 C.产生白雾以及试管内液面上升与HCl的生成有关 D.若用铝箔套住装满CH4和Cl2的试管,一段时间后没有明显变化 √ 解析:氯气和水的反应是可逆反应:Cl2+H2O HCl+HClO,饱和食盐水中的氯离子能使平衡左移,从而减少氯气的溶解,故A正确;CH4和Cl2混合后在光照条件下发生的取代反应是连续的:CH4+Cl2 CH3Cl+HCl、CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl、CH2Cl2+Cl2 CHCl3+HCl、CHCl3+Cl2 CCl4+HCl,故油状液滴是二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳的混合物,故B错误;氯化氢易溶于水,可产生白雾,导致试管内液面上升,故C正确;此反应是在光照条件下发生的,若用铝箔套住装满甲烷和氯气的试管,一段时间后进行观察试管内没有明显变化,即可得出结论,故D正确。 4.下列关于甲烷的叙述正确的是 (　　) A.甲烷分子的空间结构是正四面体,所以CH2Cl2有两种不同结构 B.甲烷可以与氯气发生取代反应,因此可以使氯水褪色 C.甲烷能使酸性KMnO4溶液褪色 D.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 √ 解析:甲烷为正四面体空间结构,所以CH2Cl2只有一种结构,故A错误;甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应,是与氯气单质取代,与氯水不反应,故B错误;甲烷与高锰酸钾溶液不反应,不能使酸性KMnO4溶液褪色,故C错误;甲烷与氧气混合,一定范围内会发生爆炸,即不纯甲烷点燃易爆炸,是矿井安全的重要威胁之一,故D正确。 5.某课外活动小组利用如图所示装置探究甲烷 与氯气的反应。根据题意,回答下列问题: (1)CH4与Cl2发生反应的条件是　　　。  解析:CH4和Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,随着反应进行,Cl2不断被消耗,黄绿色逐渐变浅;又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色油状液体,故试管内壁上有油状液体,同时生成的HCl易溶于水,使得试管内的压强减小,故试管内液面上升;HCl溶于水后,溶液中Cl-浓度增大,使NaCl固体析出。 光照 (2)实验中可观察到的实验现象有:试管内壁出现油状液体,饱和食盐水中有少量固体析出,　　　　　 　　　　 ,_______________。  解析:CH4和Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,随着反应进行,Cl2不断被消耗,黄绿色逐渐变浅;又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色油状液体,故试管内壁上有油状液体,同时生成的HCl易溶于水,使得试管内的压强减小,故试管内液面上升;HCl溶于水后,溶液中Cl-浓度增大,使NaCl固体析出。 试管内黄绿色气体颜色变浅 试管内液面上升 (3)实验中生成的油状液体的化学式为　 　　　。  解析:CH4和Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,随着反应进行,Cl2不断被消耗,黄绿色逐渐变浅;又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色油状液体,故试管内壁上有油状液体,同时生成的HCl易溶于水,使得试管内的压强减小,故试管内液面上升;HCl溶于水后,溶液中Cl-浓度增大,使NaCl固体析出。 CH2Cl2、CHCl3、CCl4 (4)用饱和食盐水而不用水的原因是_________________________ 　 。  解析:CH4和Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl,随着反应进行,Cl2不断被消耗,黄绿色逐渐变浅;又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色油状液体,故试管内壁上有油状液体,同时生成的HCl易溶于水,使得试管内的压强减小,故试管内液面上升;HCl溶于水后,溶液中Cl-浓度增大,使NaCl固体析出。 降低Cl2在水中的溶解度, 抑制Cl2和水的反应 烷烃、同系物及同分异构体 新知探究(二) (一)烷烃 1.烃 由 两种元素组成的有机化合物,称为碳氢化合物,又叫烃。 2.烷烃 (1)概念:碳原子都以 相连,其余的价键均用于与_______ 结合,达到“饱和”,这一系列化合物被称为烷烃。 碳、氢 碳碳单键 氢原子 (2)烷烃结构上的特点 结构 特点 单键:碳原子之间以 结合成_____ 饱和:碳原子剩余价键全部跟 结合 通式 CnH2n+2(n≥1) 碳碳单键 链状 氢原子 [微点拨]　烷烃中碳碳结合成链状,链状不是“直线状”,而是呈锯齿状,链上还可分出支链,如图所示。 3.烷烃的命名 碳原子数(n)及表示 n≤10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ n>10 直接根据碳原子数称为某烷,如:C6H14命名为 ,C18H38命名为_______ 己烷 十八烷 甲 乙 丙 丁 戊 己 庚 辛 壬 癸 4.烷烃的化学性质 (1)稳定性:CH4性质稳定,不与强酸、强碱、 等物质反应。 (2)氧化反应:烷烃都能燃烧,燃烧通式为 。 (3)取代反应:在光照条件下,烷烃与Cl2、Br2等卤素单质的气体发生取代反应,生成多种卤代产物和相应的卤化氢气体。 可与X2继续发生取代反应。 KMnO4 (二)同系物 1.同系物 (1)概念: 相似、分子组成相差1个或若干个 的有机化合物互称为同系物。 (2)实例:CH4、C2H6、C3H8互为同系物。 结构 “CH2”原子团 (3)同系物判断的三个关键点 “同” 互为同系物的物质必须属于同一类物质 “似” 结构相似,是指化学键类型相似,分子中各原子的结合方式相似 “差” 组成上相差n个“CH2”原子团(n≥1) 2.同分异构体 (1)概念:分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。例如, C4的同分异构体有两种:正丁烷 (CH3—CH2—CH2—CH3 )和异丁烷 。 (2)烷烃同分异构体的书写 两注意 写出最长的碳链为主链;找出中心对称线 三句话 主链由长到短,支链由整到散,位置由心到边 3.同系物、同分异构体、同素异形体、同位素概念的比较 概念 内涵 比较 实例 相同 不同 同系物 结构相似,在分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物 结构 相似 组成上相差1个或若干个“CH2”原子团 CH3CH3与 CH3CH2CH3 同分 异构体 分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体 分子式相同 结构(碳骨架)不同 正戊烷与异戊烷 同素 异形体 同一种元素形成的几种性质不同的单质 元素种类 相同 性质不同 O2与O3、白磷与红磷 同位素 质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素 质子数 相同 中子数不同 CC与C 续表 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)乙烷能与溴水发生取代反应而褪色。( ) (2)分子组成符合通式 (n为正整数)的烃不一定是烷烃。( ) (3)同系物一定具有不同的碳原子数(或分子式)。( ) [题点多维训练] × × √ (4)同系物一定具有不同的相对分子质量(相差14n)。( ) (5)具有同一通式的有机化合物一定是同系物。( ) (6)同系物的相对分子质量一定不相同。( ) √ × √ 2.若要验证某有机化合物属于烃,应完成的实验内容是 (　　) A.测定该有机化合物分子中C、H原子的个数之比 B.证明其完全燃烧的产物只有H2O和CO2 C.测定其燃烧产物中H2O和CO2的物质的量之比 D.测定该有机化合物试样的质量及试样完全燃烧后生成CO2和H2O的质量 √ 解析:通过测定其燃烧产物中H2O和CO2物质的量的比值只能确定C、H元素的原子个数比,不能确定是否含有O,因此不能确定其是否为烃,A错误;烃的含氧衍生物或烃燃烧都生成H2O和CO2,不能确定是否含有O,B错误;测定完全燃烧时消耗有机化合物与生成的CO2、H2O的物质的量之比,只能确定C、H元素的比值,不能确定是否含有O,C错误;测定该试样的质量及其试样完全燃烧后生成CO2和H2O的质量,可以确定一定质量的有机化合物中含有C、H元素的质量,根据质量守恒可确定是否含有O元素,D正确。 3.(2024·山东淄博高一月考)概念是化学学习的基础,下列说法错误的是 (　　) A.Xe与Xe互为同位素 B.二聚硫(S2)与 环八硫(S8)互为同素异形体 C.CH3CH3与 互为同系物 D. 与 互为同分异构体 √ 解析:根据甲烷是正四面体结构可知,D项是同种物质,错误。 4.写出C5H12的所有同分异构体的结构简式。 答案:CH3CH2CH2CH2CH3、 。 5.有下列各组物质: A.O2和O3(臭氧) BC和C C.CH3—CH2—CH2—CH3和 (1)　　(填字母,下同)组两物质互为同位素。  解析:A组O2和O3都是单质,属于同素异形体;B组C和C为质子数相同,中子数不同的原子,属于同位素;C组二者互为同分异构体;D组是甲烷的二溴代物,属于同一种物质;E组中第一种烃与第六种烃是同一种烃,第二种烃与第五种烃是同一种烃,第三种烃与第四种烃是同一种烃。 B (2)　　组两物质互为同素异形体。  解析:A组O2和O3都是单质,属于同素异形体;B组C和C为质子数相同,中子数不同的原子,属于同位素;C组二者互为同分异构体;D组是甲烷的二溴代物,属于同一种物质;E组中第一种烃与第六种烃是同一种烃,第二种烃与第五种烃是同一种烃,第三种烃与第四种烃是同一种烃。 A (3)　　组两物质是同一种物质。  解析:A组O2和O3都是单质,属于同素异形体;B组C和C为质子数相同,中子数不同的原子,属于同位素;C组二者互为同分异构体;D组是甲烷的二溴代物,属于同一种物质;E组中第一种烃与第六种烃是同一种烃,第二种烃与第五种烃是同一种烃,第三种烃与第四种烃是同一种烃。 D (4)E中的几种结构简式代表了　　种不同的烃。  解析:A组O2和O3都是单质,属于同素异形体;B组C和C为质子数相同,中子数不同的原子,属于同位素;C组二者互为同分异构体;D组是甲烷的二溴代物,属于同一种物质;E组中第一种烃与第六种烃是同一种烃,第二种烃与第五种烃是同一种烃,第三种烃与第四种烃是同一种烃。 3 课时跟踪检测 (选择题每小题3分,本检测满分70分) 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 √ 12 1.我国在南海进行的可燃冰试采获得成功,成为全球第一个获得可燃冰连续稳定产气的国家。可燃冰是天然气与水相互作用形成的晶体物质,主要存在于冻土层和海底大陆架中。下列说法正确的是 (　　) ①甲烷属于烃类　②相同条件下,甲烷的密度大于空气的密度　③甲烷难溶于水　④可燃冰是一种极具潜力的能源　⑤青藏高原可能存在巨大体积的“可燃冰” A.①③④⑤　　　　　　 B.②③④⑤ C.①②③⑤ D.①②④⑤ 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 12 解析:甲烷是由C、H元素组成的最简单的烃,①正确;甲烷的相对分子质量为16,相同条件下,密度比空气小,②错误;甲烷难溶于水,③正确;甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水,为清洁能源,④正确;“可燃冰”是水与天然气相互作用形成的晶体物质,主要存在于冻土层和海底大陆架中,所以青藏高原冻土层可能存在丰富的“可燃冰”,⑤正确。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 2.如图所示均能表示甲烷的分子结构,下列说法错误的是 (　　) A.Ⅰ将各原子看成了质点,为空间结构示意图 B.Ⅱ为电子式,表示甲烷分子中有8个电子 C.Ⅲ为球棍模型,棍代表甲烷分子内含有的共价键 D.Ⅳ为空间填充模型,能表示出甲烷的空间结构及各原子的相对大小 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 解析:Ⅰ体现了甲烷的空间结构,各原子看成质点,为空间结构示意图,故A说法正确;Ⅱ表示电子式,但略去了碳原子的内层电子,甲烷分子中应含有10个电子,故B说法错误;Ⅲ为球棍模型,棍代表甲烷分子内含有的共价键,故C说法正确;Ⅳ为空间填充模型,能表示出甲烷的空间结构及各原子的相对大小,故D说法正确。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 3.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CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4,都属于取代反应 D.甲烷的四种有机取代产物都难溶于水 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 解析:甲烷化学性质不活泼,通常情况下,甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不起反应,A正确;甲烷的性质比较稳定,在通常情况下,不与强酸、强碱、强氧化剂反应,但甲烷能在空气中燃烧,B错误;甲烷分子中的氢可以发生取代反应,甲烷跟氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4,都属于取代反应,C正确;甲烷在光照条件下与氯气发生取代反应生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4均不溶于水,D正确。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 4.下列反应不属于取代反应的是 (　　) A.CH4+2O2 CO2+2H2O B.CH2Cl2+Br2 CHBrCl2+HBr C.CH3—CH2—Br+H2O CH3—CH2—OH+HBr D.CHCl3+HF→CHFCl2+HCl 解析:A项为甲烷的燃烧反应,属于氧化反应。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 5.下列说法正确的是 (　　) A.互为同分异构体的物质不可能具有相同的通式 B.通式相同的不同有机化合物一定属于同系物 C.互为同分异构体的物质之间物理性质一定不同,但化学性质一定相似 D.同系物一定是同类物质 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 解析:有机化合物中存在通式相同的碳链异构,如正丁烷与异丁烷互为同分异构体,两者具有相同的通式,故A错误;结构相似,在分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物,通式相同,但是结构不同,则不是同系物,如丙烯与环己烷的通式相同,但两者不是同系物,故B错误;互为同分异构体的物质,若是同类物质,则化学性质相似,若不是同类物质,则化学性质不同,故C错误。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 6.下列各组物质互为同系物的是 (　　) A.O2和O3 B.CH4和C3H8 C.CH3CH2CH2CH3和(CH3)3CH DH和H 解析:O2和O3互为同素异形体H和H互为同位素; CH3CH2CH2CH3和(CH3)3CH分子式相同;只有CH4和C3H8满足同系物的概念。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 12 11 13 14 3 7.一端封闭的U形管,封闭的一端有一段CH4和Cl2的混合气体,在水平部分有一段气柱,其他两段为液柱,已知液体与气体不反应。使CH4和Cl2在稍暗的光线下缓慢反应,则中间气柱的长度将(假设中间气柱未移出U形管水平部分) (　　) A.变大 B.变小 C.不变 D.难以确定 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 12 11 13 14 3 解析:CH4+Cl2 CH3Cl+HCl　① CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl　② CH2Cl2+Cl2 CHCl3+HCl　③ CHCl3+Cl2 CCl4+HCl　④ 由于CH2Cl2、CHCl3和CCl4为液体,反应体积减小,使得左边液柱高度上升,而右边液柱高度下降,那么对中间气柱的压强减小,则体积变大。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 8.鉴别甲烷、一氧化碳和氢气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→罩上干燥的冷烧杯→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 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 解析:通入溴水→通入澄清石灰水,均无现象发生,A不能将三者鉴别;点燃→罩上涂有澄清石灰水的烧杯,甲烷和一氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊,B无法鉴别;点燃→罩上干燥的冷烧杯,点燃一氧化碳的火焰上方烧杯内无水珠生成,罩上涂有澄清石灰水的烧杯,点燃甲烷的火焰上方的烧杯内壁有浑浊出现,C可以将三者鉴别;点燃→罩上涂有澄清石灰水的烧杯,点燃氢气的火焰上方的烧杯内没有浑浊出现,通入溴水,D不能鉴别甲烷和一氧化碳。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 9.一定量的甲烷恰好与一定量的氧气完全反应后得到CO、CO2和水蒸气共30.4 g,该产物缓缓通过浓硫酸充分吸收后,浓硫酸增重14.4 g,则此甲烷完全燃烧还需要氧气的体积(标准状况)为 (　　) A.1.12 L B.2.24 L C.3.36 L D.4.48 L 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 解析:根据题意可知反应产生水的物质的量n(H2O)=14.4 g÷18 g·mol-1=0.8 mol,根据H元素守恒可知甲烷的物质的量n(CH4)=0.8 mol×2÷4=0.4 mol,则根据C元素守恒可知反应产生的CO、CO2的物质的量的和n(CO)+n(CO2)=0.4 mol,二者的质量和m(CO)+m(CO2)= 30.4 g-14.4 g=16 g,解得n(CO)=0.1 mol,n(CO2)=0.3 mol,若该甲烷完全燃烧,还需使CO发生反应产生CO2,根据方程式2CO+O2 2CO2可知0.1 mol CO完全燃烧需要消耗0.05 mol O2,其在标准状况下的体积V(O2)=0.05 mol×22.4 L·mol-1=1.12 L,故选项A正确。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 10.在光照条件下,将1 mol CH4与Cl2反应,得到四种有机产物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4物质的量之比为1∶2∶3∶4,则消耗Cl2物质的量为 (　　) A.0.5 mol B.1.25 mol C.2.5 mol D.3 mol √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 解析:四种有机取代物的物质的量之比为n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶ n(CHCl3)∶n(CCl4)=1∶2∶3∶4,则四种取代物的物质的量分别为n(CH3Cl):0.1 mol,n(CH2Cl2):0.2 mol,n(CHCl3):0.3 mol,n(CCl4):0.4 mol,发生取代反应时,一半的Cl进入HCl,消耗氯气的物质的量为0.1 mol+2×0.2 mol+3×0.3 mol+4×0.4 mol=3 mol。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 11.下列有机化合物中,其一氯取代物的结构只有一种的是 (　　) A.C2H6　　B.C3H8　　C.C4H10　　D.C5H12 解析:C、D两种烷烃本身存在同分异构体,其一氯取代物可以发生在不同的同分异构体中,所以肯定有多种一氯取代物;乙烷分子结构是对称的,它的6个氢原子是等效氢原子,所以一氯取代物只有一种;丙烷虽然也是对称结构,但其有两种处于不同化学环境的氢原子,所以有两种一氯取代物。 12 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 3 12.(12分)晋朝人常璩在《华阳国志》里有这样一段话:临邛县“有火井,夜时光映上昭。民欲其火,先以家火投之。顷许如雷声,火焰出,通耀数十里。以竹筒盛其火藏之,可拽行终日不灭也……”,请回答下列问题。 (1)上述描述的物质是一种最简单有机物——甲烷,其分子的结构式 为　　　　　。  解析:甲烷分子的结构式为 。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 (2)写出“顷许如雷声,火焰出”涉及的化学反应方程式: 。 解析: “顷许如雷声,火焰出”叙述的是甲烷燃烧,涉及的化学反应方程式为CH4+2O2 CO2+2H2O。 CH4+2O2 CO2+2H2O 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 (3)下列有关甲烷的说法正确的是　　　(填字母)。  A.它属于化石能源 B.它的分子中含有非极性键 C.它的分子中所有原子的最外层都达到了8电子稳定结构 D.(2)中反应发生时伴随有旧极性键的断裂和新极性键的形成 AD 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 解析:甲烷属于化石能源,A正确;它的分子中只含有极性键,B错误;它的分子中只有碳原子的最外层达到了8电子稳定结构,氢原子是2电子稳定结构,C错误;甲烷燃烧时伴随有旧极性键的断裂和新极性键的形成,D正确。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 (4)甲烷不仅可以直接用来燃烧,还是重要的化工原料,它可以与水在高温条件下反应制得水煤气(CO和H2),反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　,反应得到的水煤气中CO和H2的质量比为　　 　。  解析:甲烷与水在高温条件下反应制得水煤气(CO和H2),反应的化学方程式为CH4+H2O CO+3H2,反应得到的水煤气中CO和H2的质量比为=。 CH4+H2O CO+3H2 14∶3 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 13.(10分)(1)写出C6H14分子中含有3个—CH3的同分异构体的结构简式: 。 (2)某化合物A的化学式为C5H11Cl。分析数据表明,分子中有2个—CH2—,2个—CH3,1个 和1个—Cl,它的可能结构只有4种,请写出这4种可能的结构简式:　　　　　　　、　　　　 　　　、　 　　　　、 　　　 　　　。  、 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 10 1 2 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 3 高阶思维训练(选做题) 14.(15分)(2024·青岛莱西高一检测)某化学兴趣小组在实验室设计如图装置模拟甲烷与氯气的反应。回答下列问题: 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 (1)装置C中硬质玻璃管发生的主反应类型为　　　　　,产物中与甲烷空间结构一致的是 　 。  解析:C中硬质玻璃管发生的主反应类型为氯气和甲烷的取代反应,甲烷分子为正四面体结构,产物中与甲烷空间结构一致的是四氯化碳(CCl4)。 取代反应 四氯化碳 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 (2)设=x,若理论上欲获得最多的氯化氢,则x的取值范围是　　　。  解析:1分子氯气可以取代甲烷分子中的1个氢,则若理论上欲获得最多的氯化氢,则x的取值范围是x≥4。 x≥4　 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 (3)B装置有三种功能:控制气流速度、　 　　　、干燥混合气体。  解析:B装置中浓硫酸具有吸水性,能用作干燥剂,其有三种功能:控制气流速度、使气体混合均匀、干燥混合气体。 (4)D装置的石棉中均匀附着KI粉末,其作用是　　　 　　　　　。  解析:氯气能和碘化钾反应生成碘单质,故D装置的作用为吸收未反应的氯气。 使气体混合均匀 吸收未反应的氯气 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 (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,置换出黑色小颗粒的化学方程式为 　　　　　　　　　　 ,可见有机反应有很多副反应。  解析:根据质量守恒可知,硬质玻璃管内壁的黑色小颗粒为碳,反应为CH4+2Cl2 C+4HCl。 CH4+2Cl2 C+4HCl 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 (6)该小组同学又利用注射器设计简易实验装置。甲中注入10 mL CH4,同温同压下乙中注入50 mL Cl2,将乙中气体推入甲中,用日光照射一段时间,气体在甲中反应。 ①下列是某同学预测的实验现象: A.气体最终变为无色 B.实验过程中,甲中活塞向内移动 C.甲中内壁有油珠 D.产生火花 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 其中正确的是　　(填字母)。  解析:反应中氯气过量,气体最终不会变为无色,故A错误;实验过程中,消耗气体生成的四氯化碳等为液体,导致装置中压强减小,故甲中活塞向内移动,故B正确;甲中生成的四氯化碳、三氯甲烷、二氯甲烷为液体,故内壁有油珠,故C正确;该反应不会燃烧爆炸,不产生火花,故D错误。 BC 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3 ②反应后,若将甲中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到 。 解析:反应后生成的氯化氢会和硝酸银生成氯化银沉淀且反应生成不溶于水的有机物,若将甲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。 液体分为两层,产生白色沉淀 解析:首先写出C5H12的碳链结构有①,②, ③,然后找出每种碳链结构的等效氢(用字母a、b……表示), 最后写出符合条件的同分异构体,有,,,。 $$