8.1 化石燃料和有机化合物（第1课时 天然气的利用 甲烷）-【帮课堂】2024-2025学年高一化学同步学与练（苏教版2019必修第二册）

专题8 有机化合物的获得与应用 第一单元 化石燃料与有机化合物 第1课时 天然气的利用 甲烷 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．通过搭建球棍模型认识甲烷的分子结构，学会书写甲烷的分子式、结构式、电子式，知道甲烷的分子结构特点。 2．知道甲烷能发生氧化反应和取代反应，会书写相应的化学方程式。 3．理解取代反应的概念并能进行判断。 4．了解同系物的概念。 重难点：甲烷的分子结构；甲烷的化学性质；取代反应。 一、甲烷的组成和结构 1．甲烷 甲烷是一种_____色、_____味、_____溶于水的气体，熔、沸点_____、密度比空气_____。甲烷是_______的主要成分，__________的水合物外形似冰，被称为“可燃冰”。 【交流讨论】 已知标准状况下，甲烷的密度是0.717 g·L－1。 (1)甲烷的相对分子质量是多少？ (2)甲烷中含碳元素的质量分数为75%，含氢元素的质量分数为25%，求甲烷的分子式。 2．甲烷的组成与结构 (1)组成和结构 化学式 电子式 结构式 球棍模型 空间填充模型 (2)结构特点 甲烷分子具有__________结构，__________为中心，与_____个氢原子形成完全相同的_____个C—H共价键，相邻C—H共价键的夹角为________。 二、甲烷的化学性质 1．稳定性 甲烷性质稳定，不与________、________、________等物质反应。 2．可燃性 (1)实验现象：纯净的甲烷在空气中安静的燃烧，火焰呈________色。 (2)化学方程式为：________________________________________。 (3)甲烷燃烧产物的检验：将一只干燥的烧杯罩在火焰上方，观察到烧杯壁有________产生，将烧杯倒转，加入少量澄清石灰水，澄清石灰水________。 3．与氯气反应——取代反应 (1)实验探究甲烷与氯气的反应 ①实验操作：用排饱和食盐水法在集气瓶中先后收集体积的氯气和体积的甲烷气体，用灯光照射瓶中的混合气体。 ②实验现象： a．集气瓶内气体颜色逐渐________； b．集气瓶内壁有_____________附着； c．集气瓶内液面________； d．水槽中水溶液呈_______性。 ③实验结论：CH4与Cl2在________条件下发生化学反应，有关化学方程式为 ________________________________________________； ________________________________________________； ________________________________________________； ________________________________________________。 (3)甲烷的4种氯代产物的性质 ①常温下为气体的是________，常温下为液体的是________________________。 ②不溶于水的是________________________________。 4．取代反应 (1)概念：有机化合物分子中的某种原子(或原子团)被另一种________________所取代的反应。 (2)特点 a．反应条件，在________条件下，甲烷与卤素单质发生取代反应。 b．连续反应，甲烷分子中的氢原子被氯原子逐步取代，反应一旦开始，后续反应立即进行，且各步反应可________进行。 (3)因为有机化学反应的副产物较多，所以写化学方程式时用“________”连接反应物和目标产物。 三、烷烃 同系物 1．烃和烷烃的概念 烃：仅含________两种元素的有机化合物，又叫碳氢化合物。 烷烃：碳原子都以____________相连，其余价键均与________结合，达到“饱和”的烃。 2．烷烃 (1)分子通式：________________。 (2)习惯命名 n≤10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 甲烷 乙烷 丙烷 壬烷 癸烷 n>10 直接根据碳原子数称某烷，如C16H34：________，C18H38：________ (3)化学性质(类似甲烷) ①稳定性：通常状态下烷烃性质稳定。 ②可燃性：烷烃都能燃烧，燃烧通式为 ________________________________________________。 ③取代反应：烷烃都能与卤素单质在光照下发生取代反应。写出C2H6与Cl2在光照条件下生成一氯代物的化学方程式： ________________________________________________。 3．同系物 (1)概念：结构________，分子组成相差1个或若干个“________”原子团的有机化合物互称为同系物。 (2) 同系物具有相似的性质，烷烃的化学性质与甲烷相似，请写出下列反应的化学方程式(有机物写结构简式)： ①丙烷的燃烧：________________________________。 ②乙烷与氯气发生取代反应生成氯乙烷：________________________________________。 【特别提示】同系物判断的三个关键点 ①“同”——互为同系物的物质必须属于同一类物质。 ②“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。 ③“差”——组成上相差n个“CH2”原子团(n≥1)。 a．同系物一定具有不同的碳原子数(或分子式)。 b．同系物一定具有不同的相对分子质量(相差14n)。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)甲烷分子中碳原子最外层有4个电子，可以形成4个共价键(　　) (2)已知甲烷为正四面体结构，可推知CCl4也为正四面体结构(　　) (3)天然气就是纯净的甲烷气体(　　) (4)16 g CH4分子中含有2NA个C—H键(　　) (5)甲烷和四氯化碳的分子中各原子均达到8电子稳定结构(　　) (6)甲烷性质稳定，与任何氧化剂都不反应(　　) (7)CH4和Cl2按体积比1∶1混合，发生取代反应生成的产物只有两种(　　) (8)CH4和Cl2发生取代反应时，每生成1 mol HCl，则有1 mol Cl2参加反应(　　) (9)CH4分子为正四面体结构，因此其生成物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4都为正四面体结构(　　) (10)取代反应和置换反应都是物质中某些原子或原子团被其他原子或原子团代替，因此本质相同(　　) (1)分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机物一定互为同系物(　　) (2)互为同系物的两种化合物的最简式一定相同(　　) (3)完全燃烧只生成二氧化碳和水的物质就一定是烃(　　) (4)烷烃性质稳定，不能发生氧化反应 2．下列各项均能表示甲烷的分子结构，但最能反映其真实状况的是(　　) 3．下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是(　　) A．甲烷与氯气以物质的量之比为1∶1混合发生取代反应，只生成CH3Cl B．甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中CH3Cl的量最多 C．甲烷与氯气的取代反应，生成的产物为混合物 D．1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯气 4．现有下列6种有机物： ①CH2===CH2　②CH3CH2C≡CH ③CH3C≡CCH3　④CH3COOC2H5 ⑤ ⑥CH3—CH2—CH3 请回答： (1)其中不属于烃类的是________(填序号，下同)； (2)其中属于烷烃的是________； (3)其中与①互为同系物的是________； 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________；若用日光直射，可能会引起_______________。 (2)实验中可观察的实验现象有量筒内壁出现油状液滴，饱和食盐水中有少量固体析出，___________________，__________________________等。 (3)实验中生成的油状液滴的化学式为_____________________，其中________是工业上重要的溶剂。 (4)用饱和食盐水而不用水的原因是_________________________________________________。 6．已知某烷烃的相对分子质量为30。 (1)该烷烃的分子式为________； (2)该烷烃在光照时与Cl2反应生成一氯代物的化学方程式为_______________________________，属于________反应。 ►问题一 甲烷的组成和结构 【典例1】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 【解题必备】 一个碳原子与其他4个原子以4个单键相结合时： (1)如果这4个原子相同，分别在四面体的顶点上，则构成正四面体； (2)如果这4个原子不相同，则分别在四面体的顶点上，但不是正四面体； (3)无论这4个原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3个原子共面。 【变式1-1】下列叙述与甲烷无关的是(　　) A．天然气、沼气、可燃冰的主要成分 B．“西气东输”工程中运输的气体的主要成分 C．造成“光化学烟雾”的气体 D．煤矿中瓦斯爆炸 【变式1-2】以下关于甲烷的说法中错误的是(　　) A．甲烷分子是由共价键构成的分子 B．甲烷分子具有正四面体结构 C．甲烷分子中四个C—H键是完全等价的键 D．甲烷分子中氢原子之间形成共价键 ►问题二 甲烷的化学性质 【典例2】实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照条件下反应的实验。 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(　　) 【解题必备】甲烷的取代反应 【变式2-1】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(　　) A．①②③ B．②③ C．②③① D．③② 【变式2-2】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的物质的量之比为1∶2∶3∶4，则消耗Cl2的物质的量为(　　) A．0.5 mol B．1.25 mol C．2.5 mol D．3 mol ►问题三 烷烃 同系物 【典例3】关于CH4和的叙述不正确的是(　　) A．均能用CnH2n＋2组成通式来表示 B．与所有烷烃互为同分异构体 C．因为它们结构相似，所以它们的化学性质相似 D．它们互为同系物 【解题必备】 1．烷烃的组成与结构 (1)通式：CnH2n+2（n≥1且n为整数），符合此通式的烃一定是烷烃。 (2)结构： ①碳原子之间都以碳碳单键结合成链状； ②任何一个碳原子与其连接的4个原子的空间构型都是四面体结构； ③大于或等于3个碳原子的直链烷烃空间构型是折线型或锯齿状。 2．同系物的判断的两个标准 ①分子结构相似即属于同一类物质。 ②分子组成上仅相差一个或若干个“CH2”原子团。 【变式3-1】下列关于同系物的说法中，错误的是(　　) A．同系物具有相同的分子式 B．同系物符合同一通式 C．相邻的同系物彼此在组成上相差一个CH2原子团 D．同系物的化学性质基本相似 【变式3-2】下列物质互为同系物的是(　　) A．与 B．CH3—CH3与 C．CH3CH2Cl与CH2ClCH2Cl D．CH4与CH3CH2Cl 1．下列关于甲烷的说法错误的是(　　) A．分子式：CH4 B．可作为清洁燃料 C．球棍模型： D．可使酸性KMnO4溶液褪色 2．下图是CH4、CCl4、CH3Cl分子的球棍模型，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 3．能证明CH4分子的空间结构为正四面体形而非平面正方形的事实是(　　) A．CH2Cl2只有一种结构 B．CH3Cl分子只有一种结构 C．C原子距离四个H原子的距离一样 D．CH4分子中的四个碳氢键一样 4．“北溪”天然气管道是俄罗斯向欧洲输气的主要管道，天然气的主要成分——CH4，是一种会产生温室效应的气体，下列关于甲烷的叙述错误的是(　　) A．通常情况下，甲烷与强酸、强碱、强氧化剂都不反应 B．甲烷的化学性质比较稳定，点燃前不必验纯 C．甲烷与氯气反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3或CCl4，都属于取代反应 D．甲烷的四种有机氯代产物都难溶于水 5．最新研究发现，火星大气层中含有甲烷。下列说法错误的是(　　) A．甲烷是一种共价化合物 B．可燃冰释放出的气体中含有甲烷 C．甲烷能发生氧化反应和取代反应 D．等物质的量的CH4与Cl2在光照下的反应产物只有CH3Cl和HCl 6．下列有关甲烷取代反应的叙述正确的是(　　) A．甲烷与氯气以物质的量之比为1∶1混合时只生成CH3Cl B．甲烷与氯水在光照的条件下也能发生取代反应 C．甲烷与氯气的取代反应的产物为混合物 D．1 mol甲烷参加反应生成CCl4最多消耗2 mol氯气 7．1 mol甲烷和1 mol氯气在光照条件下充分反应，产物中物质的量最多的是(　　) A．CH3Cl B．HCl C．CH2Cl2 D．CHCl3 8．我国是世界上第一个在海域成功试采可燃冰的国家，可燃冰主要含有甲烷水合物，用作燃料时反应的微观示意图如图，下列说法正确的是(　　) A．可燃冰中只有甲烷 B．化学变化中原子数目变化 C．反应的化学方程式为CH4＋O2CO2＋H2O D．反应前后的物质均由分子构成 9．将甲烷与一定量的氯气混合于一试管中，倒立于盛有饱和食盐水的水槽中(如图所示)，对于此反应，有关叙述不正确的是(　　) A．该反应的生成物只有四种 B．该反应的条件是光照 C．该反应结束后试管内液面上升(冷却到室温) D．该反应属于取代反应 10．某种煤气的主要成分是CO、H2。 (1)分别写出该煤气和天然气（主要成分是甲烷）燃烧的化学方程式： ______________________、____________________、______________________________ (2)把一套以煤气为燃料的灶具改为以天然气为燃料的灶具时，灶具应作相应的调整，正确的方法是（ ） A．空气和天然气的进入量都减小 B．空气和天然气的进入量都增大 C．增大空气的进入量或减小天然气的进入量 D．减小空气的进入量或增大天然气的进入量 1．以下关于甲烷的说法中，正确的是(　　) ①一氯甲烷分子具有四面体结构　②二氯甲烷有两种　③甲烷与Cl2在光照条件下发生取代反应，取代1 mol H需0.5 mol Cl2　④甲烷分子中四个C—H键，任意两个共价键之间的键角均相等 A．②③④ B．②③ C．①④ D．①③ 2．鉴别甲烷、一氧化碳和氢气三种无色气体的方法是(　　) A．通入溴水中→通入澄清石灰水中 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→通入溴水中 3．标准状况下，44.8 L CH4与一定量Cl2在光照条件下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代产物的物质的量相等，则消耗Cl2的物质的量为(　　) A．1 mol B．2 mol C．4 mol D．5 mol 4．如图所示，U形管的左端是被水和胶塞封闭的甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体，假设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一端放置在有光的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。 (1)假设甲烷与氯气充分反应，且只产生一种有机物，请写出其化学方程式：____________________。 (2)经过几个小时的反应后，U形管右端的液面变化是________(填字母)。 A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定 (3)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到的现象是__________________________。 (4)右端玻璃管的作用是_________________________。 5．某学生用正己烷（分子式为C6H14，结构简式为CH3CH2CH2CH2CH2CH3）与溴水进行以下实验： ①在两只试管中各加入10mL溴水，再分别加入5mL正己烷。 ②把一只试管中的混合液在避光处振荡静置，液体分为两层，上层是橙红色溶液，下层是几乎褪成无色的稀溴水。 ③把另一只试管中的混合液在光照下振荡，液体分为两层，上下层液体都是无色的，用玻璃棒蘸取浓氨水伸入试管内液面上方，有白烟出现。 请回答以下问题： (1)步骤②的操作名称是_________，上层液体呈橙红色的原因是____________________。 (2)步骤③中发生反应的类型是_____________，产生白烟的原因是_________________。 (3)正己烷与溴反应的条件是___________，写出正己烷与溴反应可能生成的两种有机物： ____________________、____________________。 (4)由此实验说明正己烷的性质有__________________________________________。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题8 有机化合物的获得与应用 第一单元 化石燃料与有机化合物 第1课时 天然气的利用 甲烷 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．通过搭建球棍模型认识甲烷的分子结构，学会书写甲烷的分子式、结构式、电子式，知道甲烷的分子结构特点。 2．知道甲烷能发生氧化反应和取代反应，会书写相应的化学方程式。 3．理解取代反应的概念并能进行判断。 4．了解同系物的概念。 重难点：甲烷的分子结构；甲烷的化学性质；取代反应。 一、甲烷的组成和结构 1．甲烷 甲烷是一种无色、无味、难溶于水的气体，熔、沸点低、密度比空气小。甲烷是天然气的主要成分，天然气的水合物外形似冰，被称为“可燃冰”。 【交流讨论】 已知标准状况下，甲烷的密度是0.717 g·L－1。 (1)甲烷的相对分子质量是多少？ 提示　由M＝ρ·22.4 L·mol－1得，M(甲烷)≈16 g·mol－1，即甲烷的相对分子质量为16。 (2)甲烷中含碳元素的质量分数为75%，含氢元素的质量分数为25%，求甲烷的分子式。 提示　甲烷分子中，N(C)＝＝1，N(H)＝＝4，故甲烷的分子式为CH4。 2．甲烷的组成与结构 (1)组成和结构 化学式 电子式 结构式 球棍模型 空间填充模型 CH4 (2)结构特点 碳原子位于中心，与4个氢原子形成完全相同的4个C—H共价键，相邻C—H共价键的夹角为109°28′，具有正四面体空间结构。 甲烷分子具有正四面体结构，碳原子为中心，与4个氢原子形成完全相同的4个C—H共价键，相邻C—H共价键的夹角为109°28′。 二、甲烷的化学性质 1．稳定性 甲烷性质稳定，不与强酸、强碱、KMnO4等物质反应。 2．可燃性 (1)实验现象：纯净的甲烷在空气中安静的燃烧，火焰呈淡蓝色。 (2)化学方程式为：CH4＋2O2CO2＋2H2O。 (3)甲烷燃烧产物的检验：将一只干燥的烧杯罩在火焰上方，观察到烧杯壁有水雾产生，将烧杯倒转，加入少量澄清石灰水，澄清石灰水变浑浊。 3．与氯气反应——取代反应 (1)实验探究甲烷与氯气的反应 ①实验操作：用排饱和食盐水法在集气瓶中先后收集体积的氯气和体积的甲烷气体，用灯光照射瓶中的混合气体。 ②实验现象： a．集气瓶内气体颜色逐渐变浅； b．集气瓶内壁有油状液体附着； c．集气瓶内液面上升； d．水槽中水溶液呈酸性。 ③实验结论：CH4与Cl2在光照条件下发生化学反应，有关化学方程式为 CH4＋Cl2CH3Cl(一氯甲烷)＋HCl； CH3Cl＋Cl2CH2Cl2(二氯甲烷)＋HCl； CH2Cl2＋Cl2CHCl3(三氯甲烷或氯仿)＋HCl； CHCl3＋Cl2CCl4(四氯甲烷或四氯化碳)＋HCl。 (3)甲烷的4种氯代产物的性质 ①常温下为气体的是CH3Cl，常温下为液体的是CH2Cl2、CHCl3和CCl4。 ②不溶于水的是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4。 4．取代反应 (1)概念：有机化合物分子中的某种原子(或原子团)被另一种原子(或原子团)所取代的反应。 (2)特点 a．反应条件，在光照条件下，甲烷与卤素单质发生取代反应。 b．连续反应，甲烷分子中的氢原子被氯原子逐步取代，反应一旦开始，后续反应立即进行，且各步反应可同时进行。 (3)因为有机化学反应的副产物较多，所以写化学方程式时用“―→”连接反应物和目标产物。 三、烷烃 同系物 1．烃和烷烃的概念 烃：仅含C、H两种元素的有机化合物，又叫碳氢化合物。 烷烃：碳原子都以碳碳单键相连，其余价键均与氢原子结合，达到“饱和”的烃。 2．烷烃 (1)分子通式：CnH2n＋2(n≥1)。 (2)习惯命名 n≤10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 己烷 庚烷 辛烷 壬烷 癸烷 n>10 直接根据碳原子数称某烷，如C16H34：十六烷，C18H38：十八烷 (3)化学性质(类似甲烷) ①稳定性：通常状态下烷烃性质稳定。 ②可燃性：烷烃都能燃烧，燃烧通式为 CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O。 ③取代反应：烷烃都能与卤素单质在光照下发生取代反应。写出C2H6与Cl2在光照条件下生成一氯代物的化学方程式： C2H6＋Cl2C2H5Cl＋HCl。 3．同系物 (1)概念：结构相似，分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物。 (2) 同系物具有相似的性质，烷烃的化学性质与甲烷相似，请写出下列反应的化学方程式(有机物写结构简式)： ①丙烷的燃烧：C3H8+5O22CO2+4H2O。 ②乙烷与氯气发生取代反应生成氯乙烷：CH3CH3+Cl2 CH3CH2Cl+HCl。 【特别提示】同系物判断的三个关键点 ①“同”——互为同系物的物质必须属于同一类物质。 ②“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。 ③“差”——组成上相差n个“CH2”原子团(n≥1)。 a．同系物一定具有不同的碳原子数(或分子式)。 b．同系物一定具有不同的相对分子质量(相差14n)。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)甲烷分子中碳原子最外层有4个电子，可以形成4个共价键(　　) (2)已知甲烷为正四面体结构，可推知CCl4也为正四面体结构(　　) (3)天然气就是纯净的甲烷气体(　　) (4)16 g CH4分子中含有2NA个C—H键(　　) (5)甲烷和四氯化碳的分子中各原子均达到8电子稳定结构(　　) (6)甲烷性质稳定，与任何氧化剂都不反应(　　) (7)CH4和Cl2按体积比1∶1混合，发生取代反应生成的产物只有两种(　　) (8)CH4和Cl2发生取代反应时，每生成1 mol HCl，则有1 mol Cl2参加反应(　　) (9)CH4分子为正四面体结构，因此其生成物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4都为正四面体结构(　　) (10)取代反应和置换反应都是物质中某些原子或原子团被其他原子或原子团代替，因此本质相同(　　) (1)分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机物一定互为同系物(　　) (2)互为同系物的两种化合物的最简式一定相同(　　) (3)完全燃烧只生成二氧化碳和水的物质就一定是烃(　　) (4)烷烃性质稳定，不能发生氧化反应 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)× (6)×　(7)×　(8)√　(9)×　(10)× (11)×　(12)×　(13)×　(14)× 2．下列各项均能表示甲烷的分子结构，但最能反映其真实状况的是(　　) 答案　D 解析　甲烷分子的空间结构示意图和球棍模型均能表示分子中各原子在空间的连接方式，甲烷分子的电子式只能表示分子的成键情况，以上三种表示方法均不能反映甲烷的真实状况，而甲烷分子的空间填充模型既表示分子中各原子的结合方式，又给出了各原子在空间的相对位置，故甲烷分子的空间填充模型最能反映其真实状况。 3．下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是(　　) A．甲烷与氯气以物质的量之比为1∶1混合发生取代反应，只生成CH3Cl B．甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中CH3Cl的量最多 C．甲烷与氯气的取代反应，生成的产物为混合物 D．1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯气 答案　C 解析　甲烷与氯气一旦开始发生取代反应就不会停止在某一步，四种有机物都会产生，故得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确；甲烷与氯气的反应中每取代1 mol氢原子，消耗1 mol氯气，生成1 mol HCl，故产物中HCl最多，B错误；1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯气，D错误。 4．现有下列6种有机物： ①CH2===CH2　②CH3CH2C≡CH ③CH3C≡CCH3　④CH3COOC2H5 ⑤ ⑥CH3—CH2—CH3 请回答： (1)其中不属于烃类的是________(填序号，下同)； (2)其中属于烷烃的是________； (3)其中与①互为同系物的是________； 答案　(1)④　(2)⑥　(3)⑤ 解析　只含碳、氢两种元素的有机物属于烃；分子式符合通式CnH2n＋2(n≥1)的烃属于烷烃；结构相似，分子组成上相差一个或多个CH2原子团的物质互为同系物。 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________；若用日光直射，可能会引起_______________。 (2)实验中可观察的实验现象有量筒内壁出现油状液滴，饱和食盐水中有少量固体析出，___________________，__________________________等。 (3)实验中生成的油状液滴的化学式为_____________________，其中________是工业上重要的溶剂。 (4)用饱和食盐水而不用水的原因是_________________________________________________。 答案 (1)光照(或光亮处)　爆炸　(2)量筒内黄绿色气体颜色变浅　量筒内液面上升　(3)CH2Cl2、CHCl3、CCl4　CHCl3、CCl4　(4)降低Cl2在水中溶解度，抑制Cl2和水的反应 解析 CH4和Cl2光照下可以反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，随着反应进行，Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失。又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色油状液体，故量筒内壁上有油滴。因生成的HCl易溶于水，量筒内的压强减小，量筒内液面上升。HCl溶于水后，溶液中Cl－浓度增大，使NaCl固体析出。 6．已知某烷烃的相对分子质量为30。 (1)该烷烃的分子式为________； (2)该烷烃在光照时与Cl2反应生成一氯代物的化学方程式为_______________________________，属于________反应。 答案　(1)C2H6 (2)CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl　取代 解析　烷烃的通式为CnH2n＋2，则14n＋2＝30，则n＝2，即C2H6。 ►问题一 甲烷的组成和结构 【典例1】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 答案　B 解析　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。 【解题必备】 一个碳原子与其他4个原子以4个单键相结合时： (1)如果这4个原子相同，分别在四面体的顶点上，则构成正四面体； (2)如果这4个原子不相同，则分别在四面体的顶点上，但不是正四面体； (3)无论这4个原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3个原子共面。 【变式1-1】下列叙述与甲烷无关的是(　　) A．天然气、沼气、可燃冰的主要成分 B．“西气东输”工程中运输的气体的主要成分 C．造成“光化学烟雾”的气体 D．煤矿中瓦斯爆炸 答案　C 【变式1-2】以下关于甲烷的说法中错误的是(　　) A．甲烷分子是由共价键构成的分子 B．甲烷分子具有正四面体结构 C．甲烷分子中四个C—H键是完全等价的键 D．甲烷分子中氢原子之间形成共价键 答案 D 解析 甲烷分子中氢原子与碳原子相连，氢原子之间互不相连，不存在共价键。 ►问题二 甲烷的化学性质 【典例2】实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照条件下反应的实验。 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(　　) 答案　D 解析　甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应，黄绿色的氯气减少，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CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为无色油状液体，附着在试管壁上，因此试管壁上出现无色油状液滴；生成的HCl气体遇到水蒸气溶解生成盐酸小液滴，形成白雾，因此试管中有少量白雾。 【解题必备】甲烷的取代反应 【变式2-1】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(　　) A．①②③ B．②③ C．②③① D．③② 答案 D 解析 甲烷燃烧产物是CO2和H2O，先通过无水硫酸铜，无水硫酸铜由白色变为蓝色，证明有水生成，说明甲烷中含有H元素，再通过澄清石灰水，石灰水变浑浊，证明有CO2生成，说明甲烷中含有C元素。 【变式2-2】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的物质的量之比为1∶2∶3∶4，则消耗Cl2的物质的量为(　　) A．0.5 mol B．1.25 mol C．2.5 mol D．3 mol 答案　D 解析　四种有机产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。 ►问题三 烷烃 同系物 【典例3】关于CH4和的叙述不正确的是(　　) A．均能用CnH2n＋2组成通式来表示 B．与所有烷烃互为同分异构体 C．因为它们结构相似，所以它们的化学性质相似 D．它们互为同系物 答案 B 解析 B项它们与其他烷烃互为同系物；C项化学性质相似；D项它们结构相似，相差4个“CH2”原子团，互为同系物。 【解题必备】 1．烷烃的组成与结构 (1)通式：CnH2n+2（n≥1且n为整数），符合此通式的烃一定是烷烃。 (2)结构： ①碳原子之间都以碳碳单键结合成链状； ②任何一个碳原子与其连接的4个原子的空间构型都是四面体结构； ③大于或等于3个碳原子的直链烷烃空间构型是折线型或锯齿状。 2．同系物的判断的两个标准 ①分子结构相似即属于同一类物质。 ②分子组成上仅相差一个或若干个“CH2”原子团。 【变式3-1】下列关于同系物的说法中，错误的是(　　) A．同系物具有相同的分子式 B．同系物符合同一通式 C．相邻的同系物彼此在组成上相差一个CH2原子团 D．同系物的化学性质基本相似 答案 A 解析 同系物结构相似，引出化学性质相似，相邻的同系物相差一个CH2原子团，因此符合同一通式，故A选项错误。 【变式3-2】下列物质互为同系物的是(　　) A．与 B．CH3—CH3与 C．CH3CH2Cl与CH2ClCH2Cl D．CH4与CH3CH2Cl 答案 B 解析 A项为同种物质，B项互为同系物，C项所含氯原子数不同，分子组成不是相差一个“CH2”原子团或其倍数，D项不是同一类别的物质，故不属于同系物。 1．下列关于甲烷的说法错误的是(　　) A．分子式：CH4 B．可作为清洁燃料 C．球棍模型： D．可使酸性KMnO4溶液褪色 答案　D 解析　甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水，不产生空气污染物，可作为清洁燃料，故B正确；甲烷为正四面体结构，碳原子的半径大于氢原子的半径，球棍模型为，故C正确；甲烷化学性质稳定，不能使酸性KMnO4溶液褪色，故D错误。 2．下图是CH4、CCl4、CH3Cl分子的球棍模型，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　B 解析　CCl4与CH4的分子结构相似，为正四面体结构，CH3Cl中的C—H键和C—Cl键不同，不是正四面体结构，而是四面体结构。 3．能证明CH4分子的空间结构为正四面体形而非平面正方形的事实是(　　) A．CH2Cl2只有一种结构 B．CH3Cl分子只有一种结构 C．C原子距离四个H原子的距离一样 D．CH4分子中的四个碳氢键一样 答案　A 解析　若CH4分子的空间结构为平面正方形，CH2Cl2应有2种结构，而实际上CH2Cl2只有一种结构，说明CH4分子的空间结构为正四面体形，故选A；无论CH4分子的空间结构为正四面体形还是平面正方形，CH3Cl分子都只有一种结构，C原子距离四个H原子的距离一样，CH4分子中的四个碳氢键一样，故不选B、C、D。 4．“北溪”天然气管道是俄罗斯向欧洲输气的主要管道，天然气的主要成分——CH4，是一种会产生温室效应的气体，下列关于甲烷的叙述错误的是(　　) A．通常情况下，甲烷与强酸、强碱、强氧化剂都不反应 B．甲烷的化学性质比较稳定，点燃前不必验纯 C．甲烷与氯气反应，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3或CCl4，都属于取代反应 D．甲烷的四种有机氯代产物都难溶于水 答案　B 解析　通常情况下，CH4性质稳定，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，故A正确；可燃性气体在加热或点燃前都要验纯，以防发生爆炸，故B错误；CH4与Cl2的反应，每步都属于取代反应，故C正确；CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均难溶于水，故D正确。 5．最新研究发现，火星大气层中含有甲烷。下列说法错误的是(　　) A．甲烷是一种共价化合物 B．可燃冰释放出的气体中含有甲烷 C．甲烷能发生氧化反应和取代反应 D．等物质的量的CH4与Cl2在光照下的反应产物只有CH3Cl和HCl 答案　D 解析　甲烷是由碳元素和氢元素组成的共价化合物，A项正确；可燃冰是由水和甲烷在高压、低温条件下形成的类冰状结晶物质，可燃冰释放出的气体为甲烷，B项正确；等物质的量的CH4和Cl2在光照下发生取代反应，属于连锁反应，生成4种氯代产物，同时生成HCl，D项错误。 6．下列有关甲烷取代反应的叙述正确的是(　　) A．甲烷与氯气以物质的量之比为1∶1混合时只生成CH3Cl B．甲烷与氯水在光照的条件下也能发生取代反应 C．甲烷与氯气的取代反应的产物为混合物 D．1 mol甲烷参加反应生成CCl4最多消耗2 mol氯气 答案　C 解析　甲烷与氯气以物质的量之比为1∶1混合时，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等，故A错误；甲烷与氯气的取代反应的产物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl的混合物，故C正确；1 mol甲烷参加反应生成CCl4最多消耗4 mol氯气，故D错误。 7．1 mol甲烷和1 mol氯气在光照条件下充分反应，产物中物质的量最多的是(　　) A．CH3Cl B．HCl C．CH2Cl2 D．CHCl3 答案　B 解析　甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应，可生成有机物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，每一步反应都生成HCl，所以生成物中物质的量最多的是HCl，故B正确。 8．我国是世界上第一个在海域成功试采可燃冰的国家，可燃冰主要含有甲烷水合物，用作燃料时反应的微观示意图如图，下列说法正确的是(　　) A．可燃冰中只有甲烷 B．化学变化中原子数目变化 C．反应的化学方程式为CH4＋O2CO2＋H2O D．反应前后的物质均由分子构成 答案　D 解析　A项，可燃冰主要含甲烷水合物，为混合物，故不符合题意；C项，反应的化学方程式应为CH4＋2O2CO2＋2H2O，故不符合题意；B项，由反应的方程式可知：化学变化中原子数目没有变化，故不符合题意；D项，反应前后的物质均由分子构成，故符合题意。 9．将甲烷与一定量的氯气混合于一试管中，倒立于盛有饱和食盐水的水槽中(如图所示)，对于此反应，有关叙述不正确的是(　　) A．该反应的生成物只有四种 B．该反应的条件是光照 C．该反应结束后试管内液面上升(冷却到室温) D．该反应属于取代反应 答案　A 解析　甲烷和氯气反应的生成物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢5种，故A错误；该反应氯气中的氯原子取代了甲烷中的氢原子，属于取代反应，反应条件是光照，故B、D正确；该反应生成了液态的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳，使气体的量减少，且生成的氯化氢气体极易溶于水，试管内压强减小，液面上升(冷却到室温)，故C正确。 10．某种煤气的主要成分是CO、H2。 (1)分别写出该煤气和天然气（主要成分是甲烷）燃烧的化学方程式： ______________________、____________________、______________________________ (2)把一套以煤气为燃料的灶具改为以天然气为燃料的灶具时，灶具应作相应的调整，正确的方法是（ ） A．空气和天然气的进入量都减小 B．空气和天然气的进入量都增大 C．增大空气的进入量或减小天然气的进入量 D．减小空气的进入量或增大天然气的进入量 答案 (1)2CO+O22CO2 2H2+O22H2O CH4+2O2CO2+2H2O (2)C 解析 (2)由燃烧方程式可知，用煤气为燃料，每1mol煤气消耗的氧气为0.5mol，每1mol甲烷消耗氧气2mol，改用甲烷为燃料，消耗的氧气增多。 1．以下关于甲烷的说法中，正确的是(　　) ①一氯甲烷分子具有四面体结构　②二氯甲烷有两种　③甲烷与Cl2在光照条件下发生取代反应，取代1 mol H需0.5 mol Cl2　④甲烷分子中四个C—H键，任意两个共价键之间的键角均相等 A．②③④ B．②③ C．①④ D．①③ 答案　C 解析　一氯甲烷分子为甲烷中一个H原子被Cl取代，CH3Cl的结构不对称，为四面体结构，故①正确；甲烷为正四面体结构，所以二氯甲烷只有一种，故②错误；甲烷与氯气发生一氯取代的化学方程式为CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，取代1 mol H需1 mol Cl2，故③错误；甲烷分子中四个碳氢键完全相同，任意两个碳氢键之间的键角均相等，故④正确。 2．鉴别甲烷、一氧化碳和氢气三种无色气体的方法是(　　) A．通入溴水中→通入澄清石灰水中 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→通入溴水中 答案　C 3．标准状况下，44.8 L CH4与一定量Cl2在光照条件下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代产物的物质的量相等，则消耗Cl2的物质的量为(　　) A．1 mol B．2 mol C．4 mol D．5 mol 答案　D 解析　标准状况下，44.8 L CH4的物质的量为2 mol，2 mol甲烷完全与氯气发生取代反应，生成相同物质的量的四种取代物，所以每种取代物的物质的量是0.5 mol，在甲烷和氯气的取代反应中，被取代的氢原子的物质的量与消耗的氯气的物质的量相等，所以生成0.5 mol一氯甲烷需要0.5 mol氯气，生成0.5 mol二氯甲烷需要1 mol氯气，生成0.5 mol三氯甲烷需要1.5 mol氯气，生成0.5 mol四氯化碳需要2 mol氯气，所以总共消耗氯气的物质的量为0.5 mol＋1 mol＋1.5 mol＋2 mol＝5 mol。 4．如图所示，U形管的左端是被水和胶塞封闭的甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体，假设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一端放置在有光的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。 (1)假设甲烷与氯气充分反应，且只产生一种有机物，请写出其化学方程式：____________________。 (2)经过几个小时的反应后，U形管右端的液面变化是________(填字母)。 A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定 (3)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到的现象是__________________________。 (4)右端玻璃管的作用是_________________________。 答案　(1)CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl　(2)B　(3)有白色胶状沉淀生成　(4)平衡气压 解析　(1)因CH4和Cl2的体积之比为1∶4，若充分反应且只产生一种有机物，则CH4中的四个H原子可完全被取代，生成CCl4和HCl。(2)甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应生成的一氯甲烷为不溶于水的气体，其他三种有机产物均为油状液体，且生成的氯化氢气体易溶于水，故甲烷和氯气的反应为气体的物质的量减少的反应，会导致U形管右端液面降低，左端液面升高。(3)因U形管左侧生成的HCl溶于水后发生反应：2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl，所以会观察到U形管左端有白色胶状沉淀生成。(4)在U形管右侧插入一支玻璃管的目的是连通大气，平衡气压。 5．某学生用正己烷（分子式为C6H14，结构简式为CH3CH2CH2CH2CH2CH3）与溴水进行以下实验： ①在两只试管中各加入10mL溴水，再分别加入5mL正己烷。 ②把一只试管中的混合液在避光处振荡静置，液体分为两层，上层是橙红色溶液，下层是几乎褪成无色的稀溴水。 ③把另一只试管中的混合液在光照下振荡，液体分为两层，上下层液体都是无色的，用玻璃棒蘸取浓氨水伸入试管内液面上方，有白烟出现。 请回答以下问题： (1)步骤②的操作名称是_________，上层液体呈橙红色的原因是____________________。 (2)步骤③中发生反应的类型是_____________，产生白烟的原因是_________________。 (3)正己烷与溴反应的条件是___________，写出正己烷与溴反应可能生成的两种有机物： ____________________、____________________。 (4)由此实验说明正己烷的性质有__________________________________________。 答案 (1)萃取 溴溶解在正己烷中 (2)取代反应 NH3与HBr反应生成了NH4Br固体 (3)光照 CH3CH2CH2CH2CH2CH2Br、CH3CH2CH2CH2CHBrCH3，其他合理答案均可 (4)①不溶于水，②密度比水小，③能与溴在光照下发生取代反应 解析 (1)溴水与正己烷的操作和现象与溴水与苯、汽油等混合的现象相似，都是萃取操作，现象都是分层，上层为橙红色。说明溴易溶于正己烷，且正己烷密度比水小。(2)光照时，都变成无色，说明溴与正己烷发生了反应，有白烟生成，说明有HBr生成，其中白烟是NH4Br（NH3+HBr=NH4Br），由反应条件和产物可知，溴与正己烷在光照条件下发生了取代反应。(3)根据取代反应的特点，可以写出多种正己烷和溴的取代产物。(4)根据实验中的现象和题目信息，可以归纳出正己烷性质。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$