课时梯级训练(9) 天然气的利用 甲烷（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中化学必修第二册（苏教版2019）

课时梯级训练(9)　天然气的利用　甲烷 1．下列关于甲烷的叙述不正确的是(　　) A．甲烷是一种无色、难溶于水的气体 B．将甲烷通入酸性高锰酸钾溶液，溶液褪色 C．甲烷只有1种二氯代物，证明它是正四面体结构 D．CH4和Cl2在光照条件下能发生反应，得到多种产物 B　解析：常温下，甲烷是一种无色、无味、难溶于水的气体，A正确；甲烷中不含有不饱和键，不能与酸性高锰酸钾溶液反应使溶液褪色，B错误；甲烷的取代产物二氯甲烷没有同分异构体即可证明甲烷是正四面体结构，C正确；甲烷与氯气在光照条件下发生反应可以生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物，另外还有HCl气体生成，D正确。 2．煤矿瓦斯爆炸往往与甲烷有关，下列叙述错误的是(　　) A．煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火，以防爆炸事故的发生 B．甲烷燃烧放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料 C．点燃甲烷不必事先进行验纯 D．点燃混有空气的甲烷不一定会爆炸 C　解析：煤矿的矿井中含有大量甲烷，点燃时易发生爆炸，所以煤矿的矿井要注意通风和严禁烟火，以防爆炸事故的发生，A正确；甲烷的燃烧热比较大，且燃烧产物无污染，是很好的气体燃料，B正确；甲烷为可燃性气体，点燃前需检验纯度，C错误；甲烷在空气中爆炸范围为5%～15%，D正确。 3．下列各图均能表示甲烷的分子结构，其中能反映其真实存在状况的是(　　) A．结构示意图 B．电子式 C．球棍模型 D．空间填充模型 D　解析：甲烷分子的结构示意图能够体现甲烷的正四面体结构，但不能体现原子的相对大小，不能反映其真实存在状况，A不符合题意；甲烷的电子式表现原子的成键情况，不能体现甲烷的真实存在状况，B不符合题意；甲烷的球棍模型能够体现甲烷的正四面体结构，能够体现原子的相对大小，但不能体现分子的真实结构，C不符合题意；甲烷的空间填充模型能够体现原子的相对大小及连接形式，能够体现甲烷的正四面体结构，更接近分子的真实结构，D符合题意。 4．下列说法正确的是(　　) A．常温常压下，C3H8呈气态，C6H14呈液态 B．C2H6与Cl2按体积比1∶1混合，发生取代反应，生成的产物仅有两种 C．光照条件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色 D．烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液褪色 A　解析：常温常压下，烷烃中碳原子数小于等于4个的呈气态，大于4个的呈液态，A正确；C2H6与Cl2按体积比1∶1混合，发生取代反应，生成的产物有多种氯代物和氯化氢，B错误；光照条件下，乙烷通入溴水中，不与溴水反应，溴水不褪色，C错误；烷烃没有不饱和键，都不能使酸性KMnO4溶液褪色，D错误。 5．下列各组内的物质不互为同系物的是(　　) C　解析：A项中的3种物质通式相同，都属于烷烃，在分子组成上依次相差1个“CH2”原子团，故互为同系物；B项中的3种物质均只含一个碳碳双键，在分子组成上依次相差1个“CH2”原子团，互为同系物；C项中的分子式相同，结构简式不同，不互为同系物；D项中两种物质分子式不相同，互为同系物。 6．一定质量的甲烷燃烧后得到的产物为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后，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 B　解析：产物通过无水CaCl2时，无水CaCl2增重25.2 g，为水的质量，所以n(H2O)＝＝1.4 mol，根据氢原子守恒，可知n(CH4)＝n(H2O)＝×1.4 mol＝0.7 mol，根据碳原子守恒，n(CO)＋n(CO2)＝0.7 mol，所以m(CO)＋m(CO2)＝49.6 g－25.2 g＝24.4 g，所以[0.7 mol－n(CO2)]×28 g·mol－1＋n(CO2)×44 g·mol－1＝24.4 g，n(CO2)＝0.3 mol，m(CO2)＝0.3 mol×44 g·mol－1＝13.2 g，B正确。 7．将2 mol甲烷和适量的Cl2混合后在光照下充分反应，先后生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的物质的量依次增多0.2 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 D　解析：根据题意可以设四种产物的物质的量分别是n mol、(n＋0.2)mol、(n＋0.4)mol、(n＋0.6)mol；参加反应的CH4为2 mol，由碳原子守恒可知，n＋(n＋0.2)＋(n＋0.4)＋(n＋0.6)＝2，解得n＝0.2。已知Cl2和CH4发生取代反应时，一半的Cl进入HCl，则消耗氯气的物质的量为0.2 mol＋2×0.4 mol＋3×0.6 mol＋4×0.8 mol＝6 mol，D正确。 8．下列关于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 B　解析：CH4和与其他烷烃互为同系物，B错误；同系物的化学性质相似，C正确；CH4和结构相似，相差4个“CH2”原子团，互为同系物，D正确。 9．为了验证甲烷的燃烧产物，某同学设计了甲烷的燃烧实验(如图所示)： 根据实验装置完成下列实验步骤和现象： (1)点燃甲烷前必须进行的实验步骤是__________________________________，如何操作？___________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)开始抽气后，在漏斗下方点燃甲烷，可观察到的现象是__________________________ ________________________________________________________________________。 (3)如果将B、C两个装置的位置交换，会对实验结论产生什么影响？_________________。 答案：(1)验纯　用排水法收集一小试管甲烷，然后靠近点燃的酒精灯，如果发出“噗”的声音则表明纯净，如果发出尖锐的爆鸣声则表明不纯净 (2)火焰被吸入漏斗内，干燥管中无水硫酸铜慢慢变蓝，洗气瓶中澄清石灰水逐渐变浑浊 (3)不能验证是否产生水蒸气 解析：(1)为了防止甲烷中混有氧气，在点燃时发生爆炸，所以点燃前要验纯；操作为用排水法收集一小试管甲烷，然后靠近点燃的酒精灯，如果发出“噗”的声音则表明纯净，如果发出尖锐的爆鸣声则表明不纯净； (2)开始抽气后，在抽气作用下，甲烷的燃烧火焰被吸入漏斗内，甲烷燃烧生成二氧化碳和水蒸气，无水硫酸铜遇到水会变蓝色，二氧化碳使澄清石灰水变浑浊； (3)C中为澄清石灰水，B、C两个装置的位置交换，先检验二氧化碳，二氧化碳通过澄清石灰水，会带出水蒸气，用B中无水硫酸铜检验水时，无法确定水是否是由甲烷燃烧生成的。 10．按要求回答下列问题。 (1)乙烷的结构式为__________________。 (2)丙烷的结构简式为________________。 (3)分子中含30个氢原子的烷烃的分子式为__________。 (4)相对分子质量为58的烷烃的同分异构体有________种，分别写出它们的结构简式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (5)分子式为C5H12的直链烷烃的习惯命名为________。 答案：(1) 　(2)CH3CH2CH3　 (3)C14H30　(4)2　CH3CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)2 (5)正戊烷 解析：(1)乙烷的分子式为C2H6，其结构式为； (2)丙烷的分子式为C3H8，其结构简式为CH3CH2CH3； (3)由烷烃的分子通式CnH2n＋2(n为正整数)可知，2n＋2＝30，n＝14，其分子式为C14H30； (4)由烷烃的分子通式可知，14n＋2＝58，n＝4，C4H10的同分异构体有2种，分别为CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2； (5)分子式为C5H12的直链烷烃的习惯命名为正戊烷。 11．某研究小组的同学为了探究甲烷和氯气反应的情况，设计了几个实验，请填写下列空白： (实验一) 用如图所示装置收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照后观察到试管内形成一段水柱，认为有氯化氢生成。 (1)该反应的反应类型为________________________________，反应的化学方程式为________________________________________________________________(只写第一步)。 (2)水槽中盛放的液体应为________(填标号)。 A．水 B．饱和石灰水 C．饱和食盐水 D．饱和NaHCO3溶液 (实验二) 收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照反应后，滴加AgNO3溶液，看到有白色沉淀生成，认为有氯化氢生成。 (3)该实验设计的错误之处是__________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (实验三) 步骤一：收集半试管氯气，加入10 mL蒸馏水，充分振荡，用仪器测得溶液的pH＝3.26。 步骤二：收集一试管甲烷和氯气的混合气体(各占50%)，在40 W的日光灯下光照6 min后，加入10 mL蒸馏水，充分振荡，用仪器测得pH＝1.00。 (4)判断该反应中有氯化氢生成的依据是_______________________________________ ________________________________________________________________________。 步骤三：将5支试管充满甲烷和氯气的混合气体(各占50%)，分别放在40 W的日光灯下光照不同时间后，加入10 mL 蒸馏水，充分振荡，测得pH如下表： 编号 1 2 3 4 5 光照时间 2 min 4 min 6 min 8 min 10 min 反应后pH 1.86 1.62 1.00 1.00 1.00 (5)该实验可得到结论：_______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 步骤四：探究不同光照条件对甲烷与氯气反应的影响。 (6)试设计一个可行的实验方案：_______________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)取代反应　CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl　(2)C　(3)氯水中加入AgNO3溶液也会产生白色沉淀，从而无法确定反应中有氯化氢生成　(4)步骤二测得的pH的具体值比步骤一的小　(5)相同条件下，一定时间内，光照时间越长，甲烷与氯气反应得越充分，生成的HCl越多(其他合理答案也可)　(6)将5支试管充满甲烷和氯气的混合气体(各占50%)，分别放在不同功率的日光灯下照射相同时间后，加入10 mL 蒸馏水，充分振荡，测pH 解析：(1)CH4在光照下与Cl2发生取代反应生成CH3Cl等，第一步反应的化学方程式为CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl； (2)由于Cl2能与水、饱和石灰水、饱和NaHCO3溶液反应，所以水槽中盛放的液体应为饱和食盐水，C正确； (3)该实验的目的是通过AgNO3溶液来验证HCl的生成，但由于Cl2溶解在水中时也会产生Cl－，从而无法确定生成的白色AgCl沉淀是否是由生成的HCl引起的，所以该实验设计存在错误； (4)步骤一、二中氯气体积相同，氯气溶于水中生成HCl、HClO，HClO是弱酸，且Cl2与H2O不能完全反应，所以步骤一测定出的pH＝3.26。步骤二中测定出溶液的pH＝1.00<3.26，说明步骤二中产生的酸的浓度更大，即步骤二中CH4与Cl2发生了取代反应而生成了HCl； (5)从表中数据可以看出，随着时间的推移，反应后所得溶液的pH逐渐变小，说明光照时间越长，甲烷取代反应的转化率越高； (6)类比步骤三的方法，步骤三中时间为变量，步骤四中光照强度为变量，从而可设计出相应的方案：将5支试管充满甲烷和氯气的混合气体(各占50%)，分别放在不同功率的日光灯下照射相同时间后，加入10 mL 蒸馏水，充分振荡，测pH。 12．如图所示表示页岩气中某些烃的结构模型： (1)有机物甲的名称为________，有机物甲与有机物乙互为________________。 (2)有机物乙的一氯取代物有________种，请你根据甲烷分子结构示意图推测，有机物乙中最多有________个C原子在同一平面内。 答案：(1)正丁烷　同分异构体　(2)2　3 解析：(1)根据有机物甲的球棍模型可知，甲的结构简式为CH3—CH2—CH2—CH3，名称为正丁烷；根据有机物乙的空间填充模型可知，乙的结构简式为，有机物甲和乙的分子式相同而结构不同，两者互为同分异构体； (2) 分子中与“”相连的3个—CH3位置相同，取代效果相同，分子中含有2种不同化学环境的氢原子，一氯代物有2种相当于CH4分子中的3个H原子被3个—CH3取代，则最多有3个C原子在同一平面内。 13．利用CH4与Cl2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，某化学兴趣小组的同学在实验室中模拟上述过程，模拟装置如图所示。根据要求回答下列问题： (1)实验室制取Cl2的化学方程式为_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)设＝x，若理论上欲获得最多的HCl，则x的取值范围为________。 (3)装置B有三种功能：①控制气体流速；②将气体混合均匀；③________________。 (4)装置D中的石棉上吸附着饱和KI溶液及KI粉末，其作用是___________________ _____________________________________________________。 (5)装置E的作用是________(填标号)。 A．收集气体 B．吸收Cl2 C．防止倒吸 D．吸收HCl (6)该装置还存在缺陷，原因是没有进行尾气处理，尾气的主要成分是________(填标号)。 A．CH4 B．CH3Cl C．CH2Cl2 D．CHCl3 E．CCl4 答案：(1)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O　(2)x≥4　(3)干燥混合气体　(4)吸收未参加反应的氯气　(5)CD　(6)AB 解析：(1)由实验装置图可知，A是实验室制备氯气的装置，故发生的反应为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O； (2)氯气与甲烷发生取代反应，反应特点是1 mol氯气可取代1 mol氢原子生成1 mol HCl，设＝x，理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应保证甲烷被完全取代，x≥4； (3)生成的氯气中含有水，装置B除具有控制气流速度、均匀混合气体外，还具有干燥混合气体的作用； (4)氯气具有氧化性，KI中－1价的碘能被氯气氧化，产物为氯化钾固体和碘单质，反应为Cl2＋2I－===2Cl－＋I2，所以装置D的石棉中均匀混有KI粉末，其作用为吸收过量的氯气； (5)装置中最后剩余的氯化氢气体需要吸收，不能排放到空气中，氯化氢易溶于水需要防止倒吸； (6)反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体，只有一氯甲烷是气体，还可能有过量的甲烷，可能存在剩余的甲烷和生成的一氯甲烷气体，应进行尾气处理。 14．烷烃是重要的化工原料和能源物资。 (1)某课外活动小组的同学利用如图所示装置探究甲烷和氯气的反应： ①实验中可观察到的现象有________(填标号)。 A．试管内液面上升，最终充满试管 B．试管内气体颜色逐渐变深 C．试管内壁出现油状液滴 D．试管内有少量白雾生成 ②用饱和食盐水而不用水的原因是______________________。 ③请写出生成一氯甲烷反应的化学方程式：________________________。 (2)某链状烷烃的相对分子质量为114，该烷烃的分子式为__________。 (3)有机物C2H6O、C2H5Cl、CH3CH===CH2、C5H12中，与甲烷互为同系物的是__________。 答案：(1)①CD　②降低Cl2在水中的溶解度　③CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl　(2)C8H18　(3)C5H12 解析：(1)①甲烷和氯气发生取代反应的产物中含有难溶于水的气体一氯甲烷，所以液体不能充满试管，A错误；氯气和甲烷发生取代反应，氯气的量减少，所以试管内气体颜色逐渐变浅，B错误；甲烷和氯气发生取代反应生成难溶于水的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳油状液体，试管内壁出现油状液滴，C正确；氯气和甲烷发生取代反应生成氯代甲烷和氯化氢，试管内有少量白雾生成，D正确。 ②氯气在饱和食盐水的溶解度小，用饱和食盐水而不用水可以降低Cl2在水中的溶解度。 ③氯气和甲烷发生取代反应生成一氯甲烷和氯化氢，反应的化学方程式为CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl。 (3)烷烃的通式为CnH2n＋2，某链状烷烃的相对分子质量为114，则12n＋2n＋2＝114，n＝8，该烷烃的分子式为C8H18； (4)C5H12与甲烷都属于烷烃，结构相似，分子组成上相差4个“CH2”原子团，C5H12与甲烷互为同系物。 学科网（北京）股份有限公司 $$