8.1.1天然气的利用 甲烷 同步练习 2024-2025学年高一下学期化学苏教版（2019）必修第二册

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 A级必备知识基础练 1.下列化合物中不属于烷烃的是(　　) A.C6H14 B.C4H10 C.C3H6 D.C12H26 2.一种称为“摇头丸”的毒品严重损害吸毒者的身心健康,司法机关予以坚决查缉和打击,其主要成分的结构如下: 它属于(　　) A.烃 B.无机化合物 C.有机化合物 D.烷烃 3.下列有关烷烃的叙述不正确的是(　　) A.在烷烃分子中,一定存在极性键,可能存在非极性键 B.烷烃在光照条件下能与氯气发生取代反应 C.光照条件下,乙烷通入溴水中,可发生取代反应 D.烷烃在足量氧气中充分燃烧,生成CO2和H2O 4.下列各组物质中一定互称为同系物的是(　　) A.金刚石　石墨 B.C3H8　C5H12 C.CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 D.C2H5Cl　C3H6Cl2 5.甲烷在氧气中燃烧后生成二氧化碳和水,从该实验事实可以得出的结论是(　　) A.甲烷的分子式为CH4 B.甲烷中含碳元素和氢元素 C.甲烷的化学性质比较稳定 D.甲烷中只含碳元素和氢元素 6.(2024河北邢台高一阶段练习)将1 mol CH4和2 mol Cl2充分混合后置于光亮(避免阳光直射)处进行充分反应。下列有关说法错误的是(　　) A.生成的有机物均不溶于水 B.甲烷与氯气发生的反应为取代反应 C.反应产物中一氯甲烷的含量最多 D.将生成的气体溶于水后,溶液呈酸性 7.(2024河北沧州高一期中)下列化学用语表示正确的是(　　) A.HF的电子式:H+]- B.S2-的结构示意图: C.甲烷分子的球棍模型: D.正丁烷的结构简式: 8.下列说法正确的是(　　) A.1H、2H、3H互称为同素异形体 B.O2、O3互称为同位素 C.HClO和H—O—Cl为两种物质 D.CH4和CH3CH3互称为同系物 9.四川有丰富的天然气资源,天然气的主要成分是甲烷,还含有一定量的乙烷、丙烷等可燃性气体。下列有关说法不正确的是(　　) A.甲烷与乙烷、丙烷互称为同系物 B.甲烷是烃类物质中氢的质量分数最高的有机物 C.甲烷、乙烷和丙烷中的化学键都是极性共价键 D.乙烷和氯气在光照的条件下可发生取代反应,生成多种氯取代物 10.下列各物质:①O2和O3　②12C和14C ③C2H6和C3H8 ④和 (1)互称为同位素的是　　　　　(填序号,下同)。  (2)互称为同素异形体的是　　　　　。  (3)同属于烷烃的是　　　　　。  (4)互称为同系物的是　　　　　。  11.某气态烃在标准状况下的密度为2.59 g·L-1。 (1)其摩尔质量为　　　　　。  (2)该烃的含碳量为82.8%,则分子中碳、氢原子的个数比是　　　　　,分子式是　 。  (3)可能的结构简式为　　　　　　　　　　。  12.甲烷的综合利用是各国科学家研究的重要课题。回答下列问题: (1)天然气的主要成分是甲烷,甲烷的结构式为　　　　　　　,甲烷的空间结构为　　　　　　　。  (2)验证甲烷和氯气发生取代反应的条件,实验装置如图所示: ①装置A、B中的实验现象分别为 　　　　　、　　　　　。  ②写出甲烷与氯气反应生成一氯甲烷的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。 ③若将1 mol CH4与一定量的Cl2反应,得到等物质的量的4种取代物,则消耗Cl2的物质的量为　　　　　。  B级关键能力提升练 13.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混合时只生成CH3Cl B.甲烷与氯气反应生成的产物中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 14.标准状况下,将35 mL某气态烷烃完全燃烧,恢复到原来状况下,得到140 mL CO2气体,则该烷烃的分子式为(　　) A.C5H12 B.C4H10 C.C3H6 D.C3H8 15.(2024河北石家庄高一期中)下列说法不正确的是(　　) A.烷烃分子中所有的化学键都是单键 B.二氯甲烷只有一种结构说明甲烷是正四面体结构 C.丙烷分子中所有原子都在同一平面 D.链状烷烃同系物的熔沸点随碳原子数的增加逐渐升高 16.某兴趣小组在实验室中模拟利用甲烷和氯气发生取代反应制取副产品盐酸,设计如图装置,下列说法错误的是(　　) A.实验时先点燃A处酒精灯再通甲烷 B.装置B有均匀混合气体、控制气流速率、干燥混合气体等作用 C.从D中分离出盐酸的方法为过滤 D.装置C经过一段时间的漫射光照射后,生成的有机化合物有4种 17.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.甲烷性质稳定,通常情况下不与强酸、强碱、KMnO4等物质反应 B.甲烷分子中的四个氢原子都能被氯原子取代 C.甲烷的一氯代物只有一种 D.甲烷的二氯代物只有一种 18.(2024浙江嘉兴高一期中)下列说法正确的是(　　) A.天然气、沼气和水煤气的主要成分都是甲烷 B.甲烷、乙烷和丙烷的结构都只有一种,所以丁烷也没有同分异构体 C.光照条件下,将甲烷和氯气1∶1混合,得到的有机产物只有一氯甲烷 D.烷烃分子中的碳原子与其他原子的结合方式是形成四对共用电子对 19.如图是某同学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: ①气体最终变为红色;②实验过程中,甲中活塞向内移动;③甲中内壁有油珠;④产生火花。 其中正确的是　　　　　(填序号)。  (2)甲中发生的化学反应类型为　 。 (3)反应后,甲中剩余气体能用下列试剂吸收的是　　　　　(填字母)。  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溶液,又观察到　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  20.已知:Al4C3与水反应生成CH4和Al(OH)3。某同学在实验室中对CH4的制备和性质进行了探究。回答下列问题: (1)Al4C3与水反应生成CH4和Al(OH)3的化学方程式为　　　　　　　　　　　。 (2)甲烷的制取(如图甲所示) 甲 乙 ①甲中仪器a的名称为　　　　　　　;试剂X的作用为　　　　　　　　　　　。  ②制备CH4时,用稀硫酸代替水的优点为　　　　　　　　　　　　　　　　。 ③甲中收集装置适合选用乙中的　　　　(填大写字母)。  (3)甲烷与氯气的反应 将上述收集到的CH4充入注射器X中,硬质玻璃管Y中充入Cl2(两端用止水夹K1、K2夹紧),在光照条件下按图丙装置进行实验。 丙 操作步骤 实验现象 解释原因 打开K1,将CH4注入Y中,关闭K1 无明显现象 CH4与Cl2混合 将丙置于光亮处,使Y中气体反应 　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　 充分反应后,恢复至室温,打开K2 　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　 C级学科素养拔高练 21.可燃冰属于甲烷的水合物,其结构如图所示。 可燃冰燃烧后几乎不产生任何残渣,污染比煤、石油、天然气都要小得多。 (1)下列说法正确的是　　　　　(填字母)。  A.可燃冰中CH4与H2O以共价键的形式相结合 B.使用可燃冰时应注意安全 C.甲烷的一氯代物、三氯代物和四氯代物都是正四面体 D.空间填充模型为的有机化合物在光照条件下能与溴蒸气发生取代反应 (2)甲烷的电子式为　　　　　。在一定条件下,8 g甲烷气体充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水放出450 kJ的热量,则该反应的热化学方程式为　 　　　　　　　　　　　　　。  (3)下列叙述不正确的是　　　　　(填字母)。  A.CH4与C4H10互称为同系物 B.C4H10有2种同分异构体 C.烷烃的取代反应很难得到纯净物 D.C4H10分子中,四个碳原子可能在同一条直线上 答案 1.C　2.C　3.C　 4.B　解析 A项,金刚石和石墨互称为同素异形体;B项,均属于烷烃,分子之间相差2个“CH2”原子团,一定互称为同系物;C项,分子式相同,结构不同,二者互称为同分异构体;D项,C2H5Cl和C3H6Cl2含有氯原子数目不同。 5.B　解析 甲烷在氧气中燃烧后生成二氧化碳和水,根据质量守恒定律推知,反应产物CO2和H2O中碳元素和氢元素均来源于甲烷,据此得出甲烷中含碳元素和氢元素,不能判断甲烷中是否含有氧元素。 6.C　解析 CH4和Cl2发生取代反应,生成的有机物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水,A正确,B正确;CH4和Cl2发生取代反应还生成HCl,反应产物中HCl的含量最多,C错误;生成的HCl气体溶于水后,溶液呈酸性,D正确。 7.C　解析 HF是共价化合物,电子式为,A项错误;S2-的结构示意图为 +16,B项错误;甲烷分子的球棍模型为,C项正确;是异丁烷的结构简式,D项错误。 8.D　解析 A中三者互称为同位素,错误;B中二者互称为同素异形体,错误;C中为次氯酸的分子式和结构式,为同一种物质,错误;D中甲烷和乙烷互称为同系物,正确。 9.C　解析 甲烷、乙烷和丙烷都是烷烃,互称为同系物,A正确;甲烷是烃类中含氢量最高、含碳量最低的有机物,B正确;甲烷中都是极性键,乙烷和丙烷中含有极性键和非极性键,C错误;乙烷与Cl2在光照条件下发生取代反应,生成一氯乙烷等多种氯取代物,D正确。 10.答案 (1)②　 (2)①　 (3)③④　 (4)③ 解析 O2或O3是氧元素组成的不同单质,互称为同素异形体;12C和14C是同种元素的不同原子,互称为同位素;C2H6和C3H8都是烷烃,相差一个“CH2”原子团,二者互称为同系物;和分子式相同,都是烷烃。 11.答案 (1)58 g· mol-1　(2)2∶5　C4H10 (3)CH3CH2CH2CH3、 解析 (1)M=2.59 g·L-1×22.4 L· mol-1≈58 g· mol-1。 (2)N(C)∶N(H)=≈2∶5,则该烃的最简式为C2H5。设其分子式为(C2H5)x,则有(12×2+5)x=58,x=2,所以该烃的分子式为C4H10。 (3)可能的结构简式为CH3CH2CH2CH3(正丁烷)、(异丁烷)。 12.答案 (1)　正四面体形 (2)①A中试管内气体颜色逐渐变浅,试管壁上有油状液体产生,液面上有少量白雾出现　B中试管中没有明显现象 ②CH4+Cl2CH3Cl+HCl　③2.5 mol 13.C　解析 甲烷与氯气发生取代反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl,不能得到纯净的CH3Cl,A错误,C正确;甲烷与氯气的反应中每取代1 mol H,消耗1 mol Cl2,生成1 mol HCl,故产物中HCl的量最多,B错误;1 mol CH4生成CCl4最多消耗4 mol Cl2,D错误。 14.B　解析 设烷烃的分子式为CnH2n+2,根据完全燃烧的化学方程式进行计算: CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O 1 n 35 mL 140 mL 列式可得:,解得n=4,则该烷烃的分子式为C4H10。 15.C　解析 烷烃分子中C原子之间以C—C单键结合,C原子与H原子之间以C—H键结合,烷烃分子中所有的化学键都是单键,A正确;甲烷分子中的2个H原子被2个Cl原子取代得到二氯甲烷,二氯甲烷只有一种结构,说明甲烷是正四面体结构,B正确;因甲烷形成正四面体的空间结构,则丙烷分子中不可能所有原子都在同一平面,C错误;链状烷烃的同系物,随着分子中C原子数的增加,相对分子质量增大,分子间作用力逐渐增大,物质的熔沸点逐渐升高,D正确。 16.C　解析 由于CH4是可燃性气体,加热前需保证整个装置中的空气排空,故要先制备氯气将空气排空,再通入甲烷,故实验时先点燃A处酒精灯,当观察到D中充满黄绿色气体时再通甲烷,A正确;装置B除具有控制气流速率、均匀混合气体的作用之外,因浓硫酸具有吸水性,还具有干燥作用,B正确;装置D中HCl易溶于水,一氯甲烷为不溶于水的气体,二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳液体不溶于水,能分层,可采用分液的方法分离,C错误;装置C经过一段时间的漫射光照射后,甲烷和氯气发生取代反应,生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳4种有机化合物,D正确。 17.D　解析 甲烷性质稳定是因为C—H键能较大,难破坏,A项错误;甲烷不论何种结构,其分子中的四个氢原子都能被氯原子取代,B项错误;如果甲烷是平面结构,其一氯代物也只有一种,C项错误;如果甲烷是平面结构,其二氯代物有两种结构,而甲烷的二氯代物只有一种,可以证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构,D项正确。 18.D　解析 天然气、沼气的主要成分都是CH4,水煤气的主要成分是H2和CO,A错误;甲烷、乙烷和丙烷的结构都只有一种,丁烷有同分异构体,即正丁烷和异丁烷,B错误;光照条件下,将甲烷和氯气1∶1混合,得到的有机产物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳,C错误;碳原子的最外层电子数是4,烷烃分子中的碳原子与其他原子的结合方式是形成四对共用电子对,D正确。 19.答案 (1)②③　(2)取代反应　(3)B　(4)液体分为两层,产生AgCl白色沉淀　溶液先变红后褪色 解析 在光照条件下,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,而甲中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。反应进行过程中不会产生火花。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,甲中活塞向内移动。 (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,因Cl2有剩余,加入几滴石蕊溶液,溶液先变红后褪色。 20.答案 (1)Al4C3+12H2O3CH4↑+4Al(OH)3 (2)①分液漏斗　干燥CH4　②溶解Al(OH)3,防止其覆盖在Al4C3表面影响反应进行(或其他合理答案)　③A (3)Y中气体颜色变浅,管内壁附着油状液体　甲烷与Cl2在光照条件下发生取代反应　AgNO3溶液倒吸入Y中,且生成白色沉淀　反应后气体物质的量减小,HCl极易溶于水,HCl能与AgNO3反应生成AgCl 解析 (1)由信息可知,Al4C3与水反应生成CH4和Al(OH)3,则化学方程式为Al4C3+12H2O3CH4↑+4Al(OH)3。 (2)①由装置图知,甲中仪器a的名称为分液漏斗,试剂X可选用浓硫酸,用于干燥CH4。 ②制备CH4时,用稀硫酸代替水的优点为硫酸可以溶解生成的Al(OH)3,防止Al(OH)3覆盖在Al4C3表面影响反应进行。 ③甲烷密度小于水、难溶于水,适合选用向下排空气法或排水法收集,排水法应短管进气,故收集甲烷适合选用乙中A装置。 (3)甲烷与Cl2在光照条件下反应生成油状的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳,并使气体颜色变浅;充分反应后气体物质的量减小,Y中压强减小,且HCl极易溶于水并能与AgNO3反应生成AgCl,故打开K2可观察到的现象为AgNO3溶液倒吸入Y中,且生成白色沉淀。 21.答案 (1)BD (2)H　CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-900 kJ·mol-1 (3)D 解析 (1)CH4与H2O以分子间作用力结合在一起形成可燃冰,A项错误;CH4易燃、易爆,所以使用过程中要注意安全,B项正确;CH3Cl、CHCl3是四面体结构但不是正四面体结构,CCl4为正四面体结构,C项错误;该有机化合物的结构简式为,属于烷烃,其性质与CH4相似,所以该有机化合物在光照条件下能与溴蒸气发生取代反应,D项正确。 (2)甲烷的电子式为H;8 g甲烷充分燃烧生成CO2和液态水,放出450 kJ热量,16 g即1 mol CH4充分燃烧生成CO2和液态水,放出900 kJ热量,则该反应的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-900 kJ·mol-1。 (3)CH4与C4H10均为烷烃,互称为同系物,故A正确;C4H10有正丁烷、异丁烷2种同分异构体,故B正确;烷烃的取代反应产物复杂,很难得到纯净物,故C正确;甲烷为四面体结构,则C4H10中四个碳原子不可能共直线,故D错误。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$