8.1 化石燃料与有机化合物 第1课时（同步讲义）化学苏教版必修第二册

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 教学目标 1、 掌握甲烷的组成与结构特征，能准确书写分子式（CH₄）、电子式、结构式，理解正四面体空间构型（键角109°28′）及C-H键的稳定性特点，建立“结构决定性质”的有机化学核心观念。 2、 熟知甲烷的物理性质（无色无味气体、难溶于水、密度比空气小）及存在形式（天然气、沼气、可燃冰等），能结合性质分析其实验室收集方法与实际应用场景。 3、 掌握甲烷的化学性质，重点理解氧化反应（燃烧反应及产物检验）和取代反应（与氯气的光照反应），能书写相关化学方程式，明确有机反应方程式用“→”表示的规范。 4、 理解取代反应的概念本质，能区分取代反应与无机反应中的置换反应、复分解反应，初步建立有机反应类型的判断思维；了解烷烃、同系物、同分异构体的基本概念，能书写简单烷烃的结构简式及同分异构体。 重点和难点 重点：甲烷的化学性质：燃烧反应的现象、产物检验及安全注意事项（验纯），取代反应的条件、现象、产物及反应本质。 难点：取代反应的机理：理解甲烷与氯气反应中C-H键的断裂、Cl原子的逐步取代过程，明确反应产物为CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄的混合物，区分“逐步取代”与“一次性取代”的误区。 ◆知识点一 甲烷的组成和结构 1、甲烷的存在：天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分均为 。我国的天然气主要分布在中西部地区及海底 2、甲烷的物理性质：无色、无味、极难溶于水、密度比空气 的气体 3、甲烷分子的组成与结构 分子式 电子式 结构式 结构简式 球棍模型 空间充填模型 CH4 CH4 结构特点 CH4空间构型为 结构，C原子位于 ，4个H原子分别位于正四面体的 ，4个C—H键的键长、键角、键能完全 ，键角为109°28 ， 即学即练 1．下列化学用语表述正确的是 A．的电子式为 B．不粘锅涂层的主要成分为 C．甲烷的球棍模型为 D．溴苯的结构简式可以表示为 2．下列关于甲烷认识不正确的是 A．碳元素的化合价为 B．最广泛的用途是用作清洁燃料 C．密度比氢气大 D．实验室可以用排水法收集 3．沼气在我国部分农村地区有广泛的应用。如图为动植物废弃物发酵产生沼气的示意图，下列说法不正确的是 A．沼气属于不可再生能源，主要成分有CH4 B．动植物废弃物中含有纤维素、蛋白质和脂肪 C．沼气的应用可用于解决农村的燃料问题 D．厨余垃圾也可以作为沼气的生产原料 ◆知识点二 甲烷的化学性质 1、甲烷的氧化反应——燃烧反应 甲烷与氧气燃烧的化学方程式： 特别提醒 1、甲烷是优良的气体燃料，通常状况下，1 mol甲烷在空气中完全燃烧，生成二氧化碳和水，放出890 kJ热量。因此以甲烷为主要成分的天然气、沼气是理想的清洁能源 2、点燃甲烷前必须检验纯度。空气中的甲烷含量在5%～15.4%(体积)范围内时，遇火花将发生爆炸 3、煤矿中时常发生瓦斯爆炸，这与CH4气体爆炸有关。为了保证安全生产，必须采取通风，严禁烟火等措施。 2、甲烷的取代反应 (1)实验探究 实验过程 取两支试管，均通过排饱和食盐水的方法先后各收集半试管CH4和半试管Cl2，分别用铁架台固定好。将其中一支试管用铝箔套上，另一试管放在光亮处(不要放在日光直射的地方)。静置，比较两支试管内的现象 实验装置 A　　　　　　　B 实验现象 A装置：试管内气体颜色逐渐 ；试管内壁有 出现，试管中有少量白雾生成，且试管内液面 ，水槽中有固体析出 B装置： 实验结论 CH4与Cl2在光照时才能发生化学反应 (2) 反应的机理： (3)化学反应方程式： CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl (4)取代反应：有机物分子里的某些 被其他 所替代的反应叫做取代反应 特别提醒 1、反应条件：光照(漫散光照射)，在室温暗处不发生反应，但不能用日光或其他强光直射，以防爆炸 2、对反应物状态的要求：CH4和氯气，因此甲烷和溴蒸气、碘蒸气在光照条件下也能发生取代反应，CH4与氯水、溴水则不反应 3、CH4与Cl2的取代反应为连锁反应，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，因此产物复杂，五种产物都有，但HCl最多 4、甲烷四种取代产物性质见下表 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 名称 一氯甲烷 二氯甲烷 三氯甲烷 四氯甲烷 俗称 —— —— 氯仿 四氯化碳 状态 气态 液态 液态 液态 结构式 空间构型 四面体 四面体 四面体 正四面体 密度 —— 大于水 大于水 大于水 用途 麻醉剂 —— 溶剂 溶剂、灭火剂 5、取代反应的特点是“上一下一，有进有出”，类似无机反应中的复分解反应，注意在书写化学方程式时，防止漏写产物中的小分子 3、甲烷的受热分解： (分解温度通常在1000°C以上，说明甲烷的热稳定性很强) 即学即练 1．下列说法正确的是 A．将甲烷与氯气按体积比混合后反应，生成物中只有一氯甲烷难溶于水 B．从石油中分离出煤油是化学变化 C．裂化的目的是为了提高石油分馏产品中汽油等轻质油的产量和质量 D．甲烷通入酸性KMnO4溶液中，溶液紫色褪去 2．可燃冰是一种新型能源，在我国南海储量很高，其主要成分为甲烷(CH4)。 (1)纯净的 CH4 气体在空气中燃烧的化学反应方程式为 (2)CH4能还原 CuO，某化学兴趣小组同学设计实验探究 CH4 还原 CuO 的反应。 【提出问题】CH4还原 CuO 的反应产物是什么？ 【查阅资料】白色的无水硫酸铜固体遇水变蓝色。 【实验探究】 ①在点燃 B 处酒精灯之前先通入甲烷气体的作用 ； ②点燃酒精灯一段时间后 B 装置内的现象 ，证明有铜生成； ③反应过程中，C 装置中的现象 ，证明有水生成； ④D 装置内澄清石灰水变浑浊，证明有 生成； ⑤请根据以上信息写出 CH4还原 CuO 的化学反应方程式 。 3．实验室用如图所示装置进行甲烷与氯气在光照下的实验，光照下反应一段时间后，下列说法正确的是 A．一段时间后，试管中气体颜色变浅，液面上升，试管内壁有油珠出现，发生加成反应 B．若试管中有0.5 mol氯气与0.01 mol甲烷，则充分反应后，可得到0.01 mol的CCl4 C．二氯甲烷有同分异构体 D．可以用排饱和食盐水法分别收集甲烷和氯气 ◆知识点三 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 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 。 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： 。 ②乙烷与氯气发生取代反应生成氯乙烷： 。 特别提醒 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)。 即学即练 1．昆虫信息素是昆虫之间传递信号的化学物质。人工合成信息素可用于诱捕害虫、测报虫情等。一种信息素的分子结构简式如图所示，关于该化合物说法不正确的是 A．属于烷烃 B．可发生氧化反应 C．可发生加聚反应 D．具有一定的挥发性 2．奥运会火炬的燃料先后经历了从油脂、镁粉混合物、六胺燃料片、液化气、橄榄油……丙烷及丁烷混合物、丁烷、天然气、氢气、绿色丙烷的变迁。下列关于烷烃的叙述正确的是 A．烷烃的密度随分子内碳原子数的增多而逐渐增大，从比水小递增到比水大 B．烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，因此烷烃不能发生氧化反应 C．丙烷、正丁烷中的碳原子均在一条直线上 D．所有通式为的烷烃分子中，碳碳键数目均比碳原子数目少1 3．下列关于有机化合物的说法正确的是 A．同质量的烃燃烧耗量：苯>乙烯>甲烷 B．有机物的一氯代物有4种 C．和一定互为同系物 D．含5个碳原子的烃，最多可以形成4个碳碳单键 一、烷烃的化学性质 (烷烃的化学性质与甲烷相似，化学性质比较稳定，常温下不与跟强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂等不反应) (1)烷烃的氧化反应——燃烧反应：CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O ①丙烷的燃烧：CH3CH2CH3＋5O23CO2＋4H2O ②在空气或氧气中点燃烷烃，完全燃烧的产物为CO2和H2O，相但在同状况下随着烷烃分子里碳原子数的增加往往会燃烧越来越不充分，使燃烧火焰明亮，甚至伴有黑烟 (2)烷烃的取代反应：CnH2n＋2＋X2CnH2n＋1X＋HX，CnH2n＋1X可与X2继续发生取代反应 ①光照条件下，乙烷与氯气发生取代反应：CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl (只要求写一氯取代) ②该反应中的化学键变化情况：断裂C—H键和Cl—Cl键，形成C—Cl键和H—Cl键 ③烷烃与氯气也可以是溴蒸气在光照条件下发生的取代反应，随着烷烃碳原子数的增多，产物越将会越来越多，但HCl最多；而生成的取代产物的种类将会更多，如：甲烷的氯代物有：一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷共四种氯代物，乙烷的氯代物产物将会更多(9种) ④烷烃与X2取代反应为连锁反应，烷烃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 ⑤烷烃与X2取代反应的数量关系：每取代1 mol氢原子，消耗1 mol Cl2，生成1 mol HCl (3)烷烃的分解反应(高温裂化或裂解)——应用于石油化工和天然气化工生产中 烷烃受热时会分解，生成含碳原子数较少的烷烃和烯烃，如：C16H34C8H16＋C8H18 实践应用 1．中国天然气探明储量排名世界前列。天然气的主要成分是甲烷，请回答下列问题： (1)甲烷的电子式为 。 (2)甲烷是一种清洁能源，原因是其燃烧时生成的产物不会污染空气，甲烷燃烧时的化学方程式为 。 (3)在烧瓶中充入一定量的CH4和Cl2，搭建如图所示装置，再用镁光灯照射一段时间。 ①CH4与Cl2反应生成CH3Cl的化学方程式为 。 ②打开止水夹，可以观察到喷泉，喷泉的颜色为 。 ③烧瓶内壁有油状液滴，油状液滴的成分为 (写化学式)；若生成的有机产物的物质的量相同，则参与反应的CH4与Cl2的物质的量之比为 。 ④该实验所得产物中，含量最多的是 (写化学式)。 ⑤强光照射下，会发生爆炸，生成大量黑色物质，发生该反应的化学方程式为 。 2．鉴别甲烷、一氧化碳和氢气这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 3．某化学兴趣小组在实验室中探究甲烷与氯气的取代反应，其设计的装置如图所示。 根据要求回答下列问题： (1)甲烷的电子式为： 。 (2)A装置中发生反应的化学方程式是 。 (3)在C装置中，经过一段时间的光照，发现硬质玻璃管内壁有油状物质产生，写出其中生成一氯代物的化学方程式： 。 (4)D装置的实验现象是 ；写出其反应的离子方程式 。 (5)仪器a是球形干燥管，其作用是 。 (6)该装置还有缺陷，原因是没有对反应产生的有机物进行尾气处理，其尾气中主要的含氯有机物为___________(填字母)。 A． B． C． D． 二、同系物 名称 甲烷 乙烷 丙烷 分子式 CH4 C2H6 C3H8 相邻分子间关系 相邻烷烃分子在组成上均相差一个CH2原子团 1、定义：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质，互称为同系物 如：CH4、C2H6、C3H8互为同系物 注意： ①同系物的研究对象一定是同类有机物，根据分子式判断一系列物质是不是属于同系物时，一定要注意这一分子式表示的是不是一类物质，如：CH2==CH2(乙烯)与 (环丙烷)不互为同系物 ②同系物的结构相似，主要指化学键类型相似，分子中各原子的结合方式相似。对烷烃而言就是指碳原子之间以共价单键相连，其余价键全部结合氢原子。同系物的结构相似，并不是相同。如：和CH3CH2CH3，前者有支链，而后者无支链，结构不尽相同，但两者的碳原子均以单键结合成链状，结构相似，故为同系物。 ③根据物质的结构简式判断物质是不是属于同系物，要注意所给的物质是不是分子式相同，如：CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2属于同分异构体 ④同系物一定满足同一通式，但通式相同的有机物不一定是同系物，如：CH2===CH2和均满足通式CnH2n(n≥2，n为正整数)，但因二者结构不相似，故不互为同系物 ⑤同系物的组成元素相同，同系物之间相对分子质量相差14n(n＝1，2，3……) ⑥同系物一定具有不同的分子式 ⑦同系物的化学性质相似，物理性质随着碳原子数的增加而发生规律性的变化 2、判断方法 ①一差：两种物质分子组成上相差一个或多个“CH2”原子团 ②二同：具有相同的通式，两种物质属于同一类物质 ③二相似：两种物质结构相似，化学性质相似 实践应用 1．下列各组物质中互为同系物的是 A．CH3-CH2-CH3和 B．CH3-CH3和 C．CH3-CH2-CH3和CH3-CH2-CH2-CH3 D．和CH3-CH2-CH2-CH3 2．下列物质之间的关系错误的是 A．和互为同分异构体 B．分子式为和的烃一定属于同系物 C．冰和冰水混合物是同一种物质 D．金刚石和互为同素异形体 3．现有a、b、c、d四种有机化合物的分子的球棍模型如图所示。下列说法中不正确的是 A．a的二氯代物有2种 B．工业上合成CH3CH2Cl，通常选b为原料 C．与d互为同分异构体的物质有2种 D．a、c、d互为同系物 考点一 甲烷的组成和结构 【例1】下列化学用语表述错误的是 A．甲烷分子的球棍模型： B．和为同种物质 C．一氯甲烷的电子式： D．乙醇的结构简式：CH3CH2OH 解题要点 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】天然气的主要成分是 A．甲烷 B．乙烯 C．CO D． 【变式1-2】甲烷 (1)甲烷结构：甲烷分子中，碳原子与 4 个氢原子形成 个共价单键。分子中的 5 个原子不在同一平面内，而是形成了一个 的结构：碳原子位于 ，4 个氢原子分别位于 ，任意两个碳氢键之间的夹角均为 。 (2)甲烷性质 ①甲烷是 的气体，在标准状况下的密度为0.717 g·L-1，比空气的 ， 溶于水。 ②甲烷与氯气在光照条件下发生的卤代反应是一个 链反应。 链引发：Cl2·Cl+·Cl 链增长：·Cl＋CH4→HCl＋·CH3 ·CH3＋Cl2→CH3Cl＋·Cl 链终止：·Cl+·Cl→Cl2 ·Cl+·CH3→CH3Cl 其中Cl2、CH4为反应物，·Cl、·CH3为自由基，HCl、CH3Cl为生成物。 (3)甲烷在空气中燃烧生成CO2和H2O，反应的化学方程式为 。1 mol CH4完全燃烧可放出802 kJ的热量。与相同状况下的CO、H2相比较，CH4完全燃烧放出热量更多，所以天然气是一种优良的燃料。 考点二 甲烷的化学性质 【例2】家用燃气天然气的主要成分是甲烷，下列关于甲烷的说法正确的是 A．易溶于水 B．能使溴水褪色 C．分子构型为平面正方形 D．可用作燃料 解题要点 甲烷的取代反应 【变式2-1】下列物质在光照条件下，可以和发生取代反应的是 A．液溴 B．氯水 C．氧气 D．酸性溶液 【变式2-2】某课外活动小组利用如图所示装置探究CH4和Cl2的反应。 (1)CH4和Cl2发生反应条件是 ，反应类型为 ，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______。 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______。 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 。 考点三 烷烃 同系物 【例3】以下是某环状烃(X)开环反应生成更稳定的烷烃过程，下列说法正确的是 A．X中所有碳原子可能都处于同一平面 B．Y不能使酸性溶液褪色 C．Y中有5个碳原子位于同一直线 D．反应有副产物生成 解题要点 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】常温下，乙烷分子中的两个甲基可以绕键自由旋转，理论上乙烷分子可以有多种构象，其中两种构象的能量关系如图所示，下列说法错误的是 A．a分子比b分子稳定 B．乙烷分子所有原子不在同一平面上 C．1个a分子完全转化为b分子需要吸收12.6kJ热量 D．乙烷在光照条件下能与氯气发生反应生成多种有机物 【变式3-2】下列说法正确的是 A．互为同位素 B．一氯甲烷和二氯甲烷互为同分异构体 C．和互为同素异形体 D．和是同系物 基础达标 1．天然气是一种清洁的化石燃料，天然气水合物的主要成分是甲烷水合物，其组成为 A． B． C． D． 2．现有a、b、c、d四种烃，其球棍模型如下。下列有关说法错误的是 A．工业上合成一氯乙烷，通常选b为原料 B．d的名称为异戊烷 C．c和d互为同系物 D．a的一氯代物有2种 3．有机物可有多种方式表示其组成或结构，下列表示方法正确的是 A．乙醇的键线式 B．羟基的电子式 C．四氯化碳的空间填充模型 D．异丁烷的结构简式 4．据报道，我国科学家研制出以石墨烯为载体的催化剂，在25℃下用H2O2直接将CH4转化为含氧有机物，其主要原理如图所示。下列说法正确的是 A．图中表示CH4，其空间构型为平面正方形 B．步骤ii涉及非极性键的断裂与生成 C．由图可知，步骤iv生成的H2O，其中的H原子全部来自H2O2 D．步骤i到iv的总反应为：CH4+2H2O2HCHO+3H2O 5．有机化合物在许多领域都发挥着举足轻重的作用。下列说法错误的是 A．甲烷可作气体燃料 B．煤油在适当条件下水解可制取甘油 C．食醋可用于清洗水壶中的水垢 D．医疗上用(体积分数)的乙醇溶液杀菌、消毒 6．下列物质在一定条件下能与甲烷反应的是 A．浓硫酸 B．氢氧化钠溶液 C．氧气 D．酸性高锰酸钾溶液 7．烷烃可以发生取代反应。向下图的B中通入一定量的氯气和甲烷气体，混合均匀后通入C中硬质玻璃管中，夹紧两个弹簧夹，用光照射硬质玻璃管。 (1)一段时间后，C中玻璃管内的实验现象： 、 。 (2)装置B有三种功能：①控制气体流速；② ；③ 。 (3)氯代的机理为自由基(带有单电子的原子或原子团，如、)反应，包括以下几步： I．链引发 Ⅱ．链传递 Ⅲ．链终止 …… …… ①写出由生成过程中链传递的方程式：、 。 ②已知：、时，中键和HCl中键的键能分别是和。则反应完全反应 (填“放出”或“吸收”)热量。 ③丙烷也能与氯气发生反应，其反应过程中链传递的一步反应能量变化如图所示。 则断裂中键比断裂中键所需能量 (填“大”或“小”)。 (4)某小组设计了如下实验验证具有还原性，实验过程中观察到图中无水逐渐变蓝，澄清石灰水出现浑浊现象，则与CuO反应的化学方程式为 。 8．甲烷的取代反应是有机化学实验中的典型代表。现有实验装置如图所示，打开分液漏斗活塞，并将装置置于光亮处一段时间。下列说法正确的是 A．可用MnO2代替高锰酸钾进行实验 B．0.01molCH4最多可消耗0.896L氯气 C．Cl2与CH4反应生成的产物均为四面体 D．可观察到有黄绿色气体产生，后颜色变浅，内壁出现油状液体 综合应用 1．实验小组探究甲烷与氯气的反应，装置、现象如下： 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．与发生了取代反应 B．白雾与生成的HCl有关 C．出现油状液滴，说明全部转化为 D．若用铝箔套住试管，光照一段时间后试管中无明显变化 2．取一支硬质大试管，通过排饱和溶液的方法先后收集半试管和半试管，如下图所示，下列说法正确的是 A．为加快化学反应速率，应在强光照射下完成 B．和完全反应后液面上升，液体不能充满试管 C．反应得到的有机产物空间构型都是正四面体 D．和反应后试管内壁的油状液滴只有和 3．取一支硬质大试管，收集半试管甲烷和半试管氯气（如图所示）。下列关于试管内发生的反应及现象的说法不正确的是 A．该过程中和发生了取代反应 B．为加快化学反应速率，应在强光照射下完成 C．甲烷和反应后试管内壁的油状液滴含有 D．若与足量在光照下反应，如果生成相同物质的量的四种有机物，则消耗的物质的量为2.5mol 4．甲烷与氯气在光照下的反应装置如图所示，试管中甲烷与氯气的体积比为，下列说法正确的是 A．实验结束后，有机产物只有 B．实验结束后，试管内充满饱和食盐水 C．水槽中用饱和食盐水的目的是减少的溶解 D．若完全反应生成等物质的量的四种有机产物，则需消耗 5．某实验小组对甲烷与氯气的反应进行了以下探究实验。 (1)查阅资料：甲烷可通过以下反应制取：。该小组使用无水乙酸钠晶体与碱石灰、二氧化锰与浓盐酸分别制备实验需要的气体，请选择相应气体发生装置：①： (填选项字母，下同)；②： 。 A．       B．       C．        D． (2)完成反应物制备后，实验小组使用图示装置完成了甲烷与氯气反应的实验。 ①可观察到试管内有 (填选项字母)等现象。 A．液面下降                                B．产生白雾 C．试管壁有油状液滴                    D．混合气体颜色变深 ②常温下，请写出实验过程中生成气态有机产物的反应方程式 。 ③用饱和NaCl溶液而不用水的原因是 。 (3)下列有关叙述正确的是___________(填选项字母)。 A．甲烷的二氯代物只有一种，可以证明甲烷是正四面体的空间结构 B．四氯化碳俗称氯仿，是工业上重要的有机溶剂 C．正丁烷与异丁烷相比，前者沸点更低 D．适用于管道煤气(主要成分为CO)的灶具改用天然气，其进风口应改大 (4)若1 mol甲烷和氯气取代后得到等物质的量的四种氯代物，甲烷无剩余，则消耗的氯气为 mol。 (5)CH4氯代的机理为自由基(带有单电子的原子或原子团，如Cl·、·CH3)反应，包括以下几步： Ⅰ．链引发 Ⅱ．链传递 Ⅲ．链终止 … … 写出由CH3Cl生成CH2Cl2过程中链传递的方程式：、 。 6．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，是由甲烷与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，具有燃烧值高、污染小、储量大等特点，多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪，用作新型高效能源。 (1)甲烷()属于___________。 A．单质 B．化合物 C．碱 D．有机物 (2)下列各图中能表示甲烷的分子结构有___________。 A．甲烷分子结构示意图 B．甲烷分子电子式 C．球棍模型 D．填充模型 A．A B．B C．C D．D (3)下列关于甲烷的说法中，正确的是___________。 A．是天然气、煤层气的主要成分 B．比空气密度小且难溶于水的气体 C．能与氯气发生取代反应 D．分子结构是正四面体构型 (4)如图所示的装置是某次实验最初的情况(夹持装置省略)，烧瓶内盛有等体积的甲烷和，用光照射烧瓶一段时间后，下列说法正确的是___________。 A．只能生成一种有机物 B．烧瓶内液面不可能上升 C．烧瓶内的液体可能会分层 D．向水中加入石蕊试液后变红 (5)在一定条件下，下列物质可与甲烷发生化学反应的是___________。 A． B．浓硫酸 C． D．酸性溶液 7．有机物的数量众多、性质各异。现有如下物质：a．天然气的主要成分；b．；c．； d．；e．；f．CH2Cl2；g．[其中灰球均表示碳原子(氢原子已省略)]。请回答下列问题： (1)上述物质中，属于同分异构体的是 (填字母)，属于同系物的是 。 (2)c的分子式为 ，e的名称为 。 (3)下列关于f的说法正确的是_______(填标号)。 A．不属于烃 B．不存在同分异构体 C．空间结构为正四面体形 D．能使酸性 KMnO4溶液褪色 (4)某化学兴趣小组利用如图所示装置，在圆底烧瓶中充入一定量的a和Cl2，在常温下将装置置于光亮处一段时间。 ①光照条件下，烧瓶内发生反应生成一氯代物R的化学方程式为 。 ②打开止水夹，可以观察到的现象为 。 ③若a与Cl2反应生成的各有机产物的物质的量均相同，此时消耗的a与生成的无机物的物质的量之比为 。 8．取一支硬质大试管，通过排饱和溶液的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气（如图所示）。下列关于试管内发生的反应及现象的说法不正确的是 A．和完全反应后试管内的液面会上升 B．为加快化学反应速率，应在强光照射下完成 C．甲烷和反应后试管内壁的油状液滴含有、、 D．若与足量在光照下反应，如果生成相同物质的量的四种有机物，则消耗的物质的量为 9．实验室用如图所示的装置(夹持装置略)进行甲烷与氯气在光照条件下的反应实验。下列说法错误的是 A．该反应生成4种物质 B．该实验不能在阳光直射下进行 C．生成的和是同一种物质 D．若用乙烷替代甲烷进行实验，也能发生相同类型的反应 10．某化学兴趣小组搭建如图所示装置，在烧瓶中充满等物质的量的和，将装置置于常温光亮处一段时间。下列说法错误的是 A．打开止水夹，可以观察到红色喷泉 B．该实验产物中，物质的量最多的是 C．光照时，烧瓶内存在极性键的断裂和形成 D．烧瓶内壁有油状液滴，油状液滴属于混合物 拓展培优 1．Ⅰ .如图，在光照条件下，将盛有CH4和Cl2的量筒倒扣于盛有饱和食盐水的烧杯中进行实验，对实验现象及产物分析中错误的是 。 A．混合气体的颜色变浅，量筒中液面上升 B．量筒内壁上出现的油状液滴，应是三氯甲烷、四氯甲烷的混合物 C．烧杯中有白色固体物质析出 D．甲烷与氯气反应后的产物只有CCl4 Ⅱ.根据烯烃的性质回答下列问题。 （1）一瓶无色气体，可能含有CH4和CH2===CH2，或其中的一种，与一瓶Cl2混合后光照，观察到黄绿色逐渐褪去，瓶壁有少量无色油状小液滴。 由上述实验现象推断出该瓶气体中一定含有CH4，你认为是否正确，为什么？ 。 （2）含有的化合物与CH2===CH2一样，在一定条件下可聚合成高分子化合物。 ①广泛用作农用薄膜的聚氯乙烯塑料，是由聚合而成的，其化学方程式是 。 ②电器包装中大量使用的泡沫塑料的主要成分是聚苯乙烯()，它是由 (写结构简式)聚合而成的。 2．下列说法不正确的是 A．天然气、沼气、煤层气的主要成分都是甲烷 B．在测量水蒸气的相对分子质量时，其数值大于18，这与分子间的氢键有关 C．露置于潮湿的空气中既有离子键和共价键的断裂，又有离子键和共价键的形成 D．在火山口地表的附近，硫化物会转化为盐，如石膏()、芒硝() 3．光催化甲烷无氧转化为乙烷受到了学术界和工业的广泛关注，其反应式可以表示为。回答下列问题： (1)物质X是 （填化学式）。 (2)丁烷是甲烷的一种同系物，它有两种不同的结构（A和B），其中A用球棍模型可以表示为： 则A的结构简式是 ，B的化学名称是 。 (3)①甲烷分子的空间结构名称为 。 ②甲烷在空气中完全燃烧，生成在标准状况下的体积是 L。（用含a的代数式表示，无需化简） (4)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模拟上述过程，其设计的模拟装置如图所示。 ①装置B有三种功能：a．监测气流速度；b．均匀混合气体；c． 。 ②装置D的棉花中均匀混有KI粉末，其作用是 。 ③装置E的作用是 （填标号）。 A．收集气体    B．吸收氯气    C．防止倒吸    D．吸收氯化氢 4．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图： 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，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应 (给出一个取值范围)。 (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_______。 A．收集气体 B．吸收氯气 C．防止倒吸 D．吸收氯化氢 (5)CH4 (填写“能”或“不能”)使酸性高锰酸溶液褪色。C装置中CH4和Cl2能发生反应，此化学反应的类型为 ， 请写出CH4和Cl2反应生成CH3Cl的化学方程式 。 (6)E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 5．有机化合物的组成、结构、性质及转化是学习有机化学的必备知识。 (1)丙烯(C)在一定条件下有如图所示的转化关系： ①丙烯与的溶液反应生成的化学方程式为 。 ②不对称烯烃与水的加成反应主要发生马氏加成，即氢原子加在含氢较多的碳原子上，请写出产物B中主要有机物的结构简式 。 ③高分子材料D的结构简式为 ，合成D的反应类型是 。 (2)某实验小组对甲烷与氯气的反应进行了以下探究实验。 查阅资料：甲烷可通过反应制取：。该小组使用无水乙酸钠晶体与碱石灰、二氧化锰与浓盐酸分别制备实验需要的气体，请选择相应气体发生装置：①： (填选项字母，下同)；②： 。 A． B．     C． D． (3)完成反应物制备后，实验小组使用图示装置完成了甲烷与氯气反应的实验。下列有关叙述正确的是___________(填选项字母)。 A．反应生成的产物有4种，反应后试管内壁有油状液滴生成， B．一段时间后，饱和食盐水能充满整个试管 C．四氯甲烷俗称氯仿，是工业上重要的有机溶剂 D．二氯甲烷没有同分异构体，所以甲烷为正四面体结构 (4)若1 mol甲烷和氯气发生取代反应后得到等物质的量的四种氯代物且甲烷无剩余，则消耗氯气为 mol。 6．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下图所示，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是 A．试管中CH4与Cl2物质的量之比为1：1，充分反应后主要生成的物质是CH3Cl B．反应完全后，饱和氯化钠溶液会充满试管 C．甲烷在光照下与氯气反应，其产物中二氯甲烷是正四面体结构 D．盛放饱和NaCl溶液的水槽底部可能会有少量晶体析出 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 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 教学目标 1、 掌握甲烷的组成与结构特征，能准确书写分子式（CH₄）、电子式、结构式，理解正四面体空间构型（键角109°28′）及C-H键的稳定性特点，建立“结构决定性质”的有机化学核心观念。 2、 熟知甲烷的物理性质（无色无味气体、难溶于水、密度比空气小）及存在形式（天然气、沼气、可燃冰等），能结合性质分析其实验室收集方法与实际应用场景。 3、 掌握甲烷的化学性质，重点理解氧化反应（燃烧反应及产物检验）和取代反应（与氯气的光照反应），能书写相关化学方程式，明确有机反应方程式用“→”表示的规范。 4、 理解取代反应的概念本质，能区分取代反应与无机反应中的置换反应、复分解反应，初步建立有机反应类型的判断思维；了解烷烃、同系物、同分异构体的基本概念，能书写简单烷烃的结构简式及同分异构体。 重点和难点 重点：甲烷的化学性质：燃烧反应的现象、产物检验及安全注意事项（验纯），取代反应的条件、现象、产物及反应本质。 难点：取代反应的机理：理解甲烷与氯气反应中C-H键的断裂、Cl原子的逐步取代过程，明确反应产物为CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄的混合物，区分“逐步取代”与“一次性取代”的误区。 ◆知识点一 甲烷的组成和结构 1、甲烷的存在：天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分均为甲烷。我国的天然气主要分布在中西部地区及海底 2、甲烷的物理性质：无色、无味、极难溶于水、密度比空气小的气体 3、甲烷分子的组成与结构 分子式 电子式 结构式 结构简式 球棍模型 空间充填模型 CH4 CH4 结构特点 CH4空间构型为正四面体结构，C原子位于正四面体的中心，4个H原子分别位于正四面体的4个顶点上，4个C—H键的键长、键角、键能完全相同，键角为109°28 ， 即学即练 1．下列化学用语表述正确的是 A．的电子式为 B．不粘锅涂层的主要成分为 C．甲烷的球棍模型为 D．溴苯的结构简式可以表示为 【答案】D 【详解】A．是共价化合物，电子式为，故A错误； B．不粘锅涂层的主要成分为聚四氟乙烯，结构简式为，故B错误； C．甲烷的空间填充模型为，球棍模型为，故C错误； D．溴苯的结构简式可以表示为，故D正确；选D。 2．下列关于甲烷认识不正确的是 A．碳元素的化合价为 B．最广泛的用途是用作清洁燃料 C．密度比氢气大 D．实验室可以用排水法收集 【答案】A 【详解】A．C的电负性大于H，CH4中H的化合价为+1价，C为-4价，故A错误； B．甲烷容易完全燃烧，且产物没有污染，故最主要的用途是作清洁燃料，故B正确； C．甲烷的相对分子质量比氢气大，故相同条件下密度比氢气大，故C正确； D．甲烷难溶于水且不与水反应，故实验室可以用排水法收集，故D正确；答案选A。 3．沼气在我国部分农村地区有广泛的应用。如图为动植物废弃物发酵产生沼气的示意图，下列说法不正确的是 A．沼气属于不可再生能源，主要成分有CH4 B．动植物废弃物中含有纤维素、蛋白质和脂肪 C．沼气的应用可用于解决农村的燃料问题 D．厨余垃圾也可以作为沼气的生产原料 【答案】A 【详解】A．沼气的主要成分有CH4，其燃烧后生成CO2，CO2经过光合中作用又可转化为纤维素、淀粉等高分子化合物，纤维素、淀粉在微生物作用下又可以得到甲烷，即沼气属于可再生能源，A错误； B．动、植物废弃物中含有纤维素、蛋白质和脂肪，可用于制备沼气，B正确； C．沼气的主要成分有CH4，其燃烧后放出大量的热，且沼气还是可再生能源，故沼气的应用可用于解决农村的燃料问题，C正确； D．厨余垃圾中的动植物的废弃物含有纤维素、蛋白质和脂肪等，也可以作为沼气的生产原料，D正确； 故答案为：A。 ◆知识点二 甲烷的化学性质 1、甲烷的氧化反应——燃烧反应 甲烷与氧气燃烧的化学方程式：CH4＋2O2CO2＋2H2O 特别提醒 1、甲烷是优良的气体燃料，通常状况下，1 mol甲烷在空气中完全燃烧，生成二氧化碳和水，放出890 kJ热量。因此以甲烷为主要成分的天然气、沼气是理想的清洁能源 2、点燃甲烷前必须检验纯度。空气中的甲烷含量在5%～15.4%(体积)范围内时，遇火花将发生爆炸 3、煤矿中时常发生瓦斯爆炸，这与CH4气体爆炸有关。为了保证安全生产，必须采取通风，严禁烟火等措施。 2、甲烷的取代反应 (1)实验探究 实验过程 取两支试管，均通过排饱和食盐水的方法先后各收集半试管CH4和半试管Cl2，分别用铁架台固定好。将其中一支试管用铝箔套上，另一试管放在光亮处(不要放在日光直射的地方)。静置，比较两支试管内的现象 实验装置 A　　　　　　　B 实验现象 A装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液滴出现，试管中有少量白雾生成，且试管内液面上升，水槽中有固体析出 B装置：无明显现象 实验结论 CH4与Cl2在光照时才能发生化学反应 (2)反应的机理： (3)化学反应方程式：CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl (4)取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应叫做取代反应 特别提醒 1、反应条件：光照(漫散光照射)，在室温暗处不发生反应，但不能用日光或其他强光直射，以防爆炸 2、对反应物状态的要求：CH4和氯气，因此甲烷和溴蒸气、碘蒸气在光照条件下也能发生取代反应，CH4与氯水、溴水则不反应 3、CH4与Cl2的取代反应为连锁反应，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，因此产物复杂，五种产物都有，但HCl最多 4、甲烷四种取代产物性质见下表 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 名称 一氯甲烷 二氯甲烷 三氯甲烷 四氯甲烷 俗称 —— —— 氯仿 四氯化碳 状态 气态 液态 液态 液态 结构式 空间构型 四面体 四面体 四面体 正四面体 密度 —— 大于水 大于水 大于水 用途 麻醉剂 —— 溶剂 溶剂、灭火剂 5、取代反应的特点是“上一下一，有进有出”，类似无机反应中的复分解反应，注意在书写化学方程式时，防止漏写产物中的小分子 3、甲烷的受热分解：CH4C+2H2 (分解温度通常在1000°C以上，说明甲烷的热稳定性很强) 即学即练 1．下列说法正确的是 A．将甲烷与氯气按体积比混合后反应，生成物中只有一氯甲烷难溶于水 B．从石油中分离出煤油是化学变化 C．裂化的目的是为了提高石油分馏产品中汽油等轻质油的产量和质量 D．甲烷通入酸性KMnO4溶液中，溶液紫色褪去 【答案】C 【详解】A．甲烷与Cl2的取代反应为链式反应，即使体积比1:1也会生成多种氯代物（一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳）和HCl，HCl极易溶于水，但其他氯代物（一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳）均难溶于水，A错误； B．石油分馏是通过物质沸点差异进行分离的物理过程，未生成新物质，因此从石油中分离煤油是物理变化，B错误； C．裂化通过分解大分子烃生成小分子烃，既提高了汽油等轻质油的产量，又改善了其质量（如提高辛烷值），C正确； D．甲烷比较稳定，不能被酸性KMnO4溶液氧化，因此甲烷通入酸性高锰酸钾溶液中、溶液不会褪色，D错误；故选C。 2．可燃冰是一种新型能源，在我国南海储量很高，其主要成分为甲烷(CH4)。 (1)纯净的 CH4 气体在空气中燃烧的化学反应方程式为 (2)CH4能还原 CuO，某化学兴趣小组同学设计实验探究 CH4 还原 CuO 的反应。 【提出问题】CH4还原 CuO 的反应产物是什么？ 【查阅资料】白色的无水硫酸铜固体遇水变蓝色。 【实验探究】 ①在点燃 B 处酒精灯之前先通入甲烷气体的作用 ； ②点燃酒精灯一段时间后 B 装置内的现象 ，证明有铜生成； ③反应过程中，C 装置中的现象 ，证明有水生成； ④D 装置内澄清石灰水变浑浊，证明有 生成； ⑤请根据以上信息写出 CH4还原 CuO 的化学反应方程式 。 【答案】(1)CH4+2O2 CO2+2H2O (2)排尽装置内的空气防止加热时发生爆炸 黑色粉末变红 白色固体变为蓝色 二氧化碳 4CuO+CH44Cu+CO2+2H2O 【详解】（1）甲烷燃烧生成二氧化碳和水，故反应的化学方程式为CH4+2O2 CO2+2H2O； （2）①由于甲烷气体与空气混合在加热时可能出现爆炸，因此，在进行加热前要把玻璃管中空气全部排出，所以在点燃 B 处酒精灯之前应先通入甲烷排出管内空气然后再进行加热； ②甲烷和氧化铜在加热时生成铜，B装置会观察到会黑色粉末变红； ③水可以与白色无水硫酸铜反应生成蓝色的五水硫酸铜，所以C 装置中白色固体变为蓝色，证明有水生成； ④二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，D 装置内澄清石灰水变浑浊，证明有二氧化碳生成； ⑤据以上信息写出可知甲烷和氧化铜在加热时生成铜、二氧化碳和水，化学方程式为：4CuO+CH44Cu+CO2+2H2O。 3．实验室用如图所示装置进行甲烷与氯气在光照下的实验，光照下反应一段时间后，下列说法正确的是 A．一段时间后，试管中气体颜色变浅，液面上升，试管内壁有油珠出现，发生加成反应 B．若试管中有0.5 mol氯气与0.01 mol甲烷，则充分反应后，可得到0.01 mol的CCl4 C．二氯甲烷有同分异构体 D．可以用排饱和食盐水法分别收集甲烷和氯气 【答案】D 【详解】A．甲烷与氯气在光照下发生的是取代反应，而非加成反应，A错误； B．甲烷与氯气的取代反应为多步反应，会生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等多种氯代物，无法得到纯净的0.01 mol CCl4，B错误； C．甲烷为正四面体结构，四个氢原子等效，二氯甲烷（CH2Cl2）中两个氯原子的位置等效，无同分异构体，C错误； D．甲烷难溶于水，可用排饱和食盐水法收集；氯气在饱和食盐水中因Cl-浓度大，溶解度降低，也可用排饱和食盐水法收集，D正确；答案选D。 ◆知识点三 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。 特别提醒 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)。 即学即练 1．昆虫信息素是昆虫之间传递信号的化学物质。人工合成信息素可用于诱捕害虫、测报虫情等。一种信息素的分子结构简式如图所示，关于该化合物说法不正确的是 A．属于烷烃 B．可发生氧化反应 C．可发生加聚反应 D．具有一定的挥发性 【答案】A 【详解】A．烷烃是仅含C、H元素且只含单键的烃类，该分子含O元素及碳碳双键，不属于烷烃，A错误； B．分子含碳碳双键，可被酸性高锰酸钾等氧化，且有机物可燃烧（氧化反应），B正确； C．分子含碳碳双键，双键可打开发生加聚反应，C正确； D．昆虫信息素需在空气中传递信号，该分子为小分子有机物，具有一定挥发性，D正确；故选A。 2．奥运会火炬的燃料先后经历了从油脂、镁粉混合物、六胺燃料片、液化气、橄榄油……丙烷及丁烷混合物、丁烷、天然气、氢气、绿色丙烷的变迁。下列关于烷烃的叙述正确的是 A．烷烃的密度随分子内碳原子数的增多而逐渐增大，从比水小递增到比水大 B．烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，因此烷烃不能发生氧化反应 C．丙烷、正丁烷中的碳原子均在一条直线上 D．所有通式为的烷烃分子中，碳碳键数目均比碳原子数目少1 【答案】D 【详解】A．烷烃的密度随碳原子数增多而增大，但始终比水小，因此不会递增到比水大。A错误； B．烷烃虽不能使酸性高锰酸钾褪色，但可通过燃烧等反应发生氧化，结论错误。B错误； C．丙烷、正丁烷的碳原子呈四面体结构，呈锯齿状排列，不在一条直线上。C错误； D．烷烃通式中，碳碳键数目为n-1，比碳原子数n少1，无论结构如何均成立。D正确； 故答案选D。 3．下列关于有机化合物的说法正确的是 A．同质量的烃燃烧耗量：苯>乙烯>甲烷 B．有机物的一氯代物有4种 C．和一定互为同系物 D．含5个碳原子的烃，最多可以形成4个碳碳单键 【答案】C 【详解】A．同质量的烃完全燃烧耗量，即比较的大小，数值越大，消耗的量越多，同质量的苯、乙烯、甲烷的耗氧量为甲烷＞乙烯＞苯，A错误； B．有机物有5种等效氢原子，所以一氯代物有5种，B错误； C．和符合链状烷烃的通式，且结构相似，二者一定互为同系物，C正确； D．含5个碳原子的烃，可形成环状结构，如环戊烷，可以形成5个碳碳单键，D错误。 一、烷烃的化学性质 (烷烃的化学性质与甲烷相似，化学性质比较稳定，常温下不与跟强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂等不反应) (1)烷烃的氧化反应——燃烧反应：CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O ①丙烷的燃烧：CH3CH2CH3＋5O23CO2＋4H2O ②在空气或氧气中点燃烷烃，完全燃烧的产物为CO2和H2O，相但在同状况下随着烷烃分子里碳原子数的增加往往会燃烧越来越不充分，使燃烧火焰明亮，甚至伴有黑烟 (2)烷烃的取代反应：CnH2n＋2＋X2CnH2n＋1X＋HX，CnH2n＋1X可与X2继续发生取代反应 ①光照条件下，乙烷与氯气发生取代反应：CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl (只要求写一氯取代) ②该反应中的化学键变化情况：断裂C—H键和Cl—Cl键，形成C—Cl键和H—Cl键 ③烷烃与氯气也可以是溴蒸气在光照条件下发生的取代反应，随着烷烃碳原子数的增多，产物越将会越来越多，但HCl最多；而生成的取代产物的种类将会更多，如：甲烷的氯代物有：一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷共四种氯代物，乙烷的氯代物产物将会更多(9种) ④烷烃与X2取代反应为连锁反应，烷烃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 ⑤烷烃与X2取代反应的数量关系：每取代1 mol氢原子，消耗1 mol Cl2，生成1 mol HCl (3)烷烃的分解反应(高温裂化或裂解)——应用于石油化工和天然气化工生产中 烷烃受热时会分解，生成含碳原子数较少的烷烃和烯烃，如：C16H34C8H16＋C8H18 实践应用 1．中国天然气探明储量排名世界前列。天然气的主要成分是甲烷，请回答下列问题： (1)甲烷的电子式为 。 (2)甲烷是一种清洁能源，原因是其燃烧时生成的产物不会污染空气，甲烷燃烧时的化学方程式为 。 (3)在烧瓶中充入一定量的CH4和Cl2，搭建如图所示装置，再用镁光灯照射一段时间。 ①CH4与Cl2反应生成CH3Cl的化学方程式为 。 ②打开止水夹，可以观察到喷泉，喷泉的颜色为 。 ③烧瓶内壁有油状液滴，油状液滴的成分为 (写化学式)；若生成的有机产物的物质的量相同，则参与反应的CH4与Cl2的物质的量之比为 。 ④该实验所得产物中，含量最多的是 (写化学式)。 ⑤强光照射下，会发生爆炸，生成大量黑色物质，发生该反应的化学方程式为 。 【答案】(1) (2)CH4+2O2CO2+2H2O (3) CH4+Cl2CH3Cl+HCl 红色 CH2Cl2、CHCl3、CCl4 2:5 HCl CH4+2Cl2C+4HCl 【详解】（1）甲烷分子式为CH4，碳原子分别和每个氢原子共用一对电子，电子式为； （2）甲烷燃烧产生CO2和H2O，化学方程式为CH4+2O2CO2+2H2O； （3）①CH4与Cl2在光照条件下发生取代反应生成CH3Cl，化学方程式为CH4+Cl2CH3Cl+HCl； ②CH4与Cl2在光照条件下发生取代反应有HCl生成，HCl溶于水为酸性，使紫色石蕊变红，故观察到喷泉颜色为红色； ③烧瓶内油状液滴是甲烷和氯气发生取代反应后的液态产物，成分可能为CH2Cl2、CHCl3、CCl4，CH4与Cl2发生取代反应，每分子Cl2都有一个氯原子取代甲烷中的氢原子，故若生成的有机产物的物质的量相同，设4molCH4反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4分别为1mol，则消耗氯气的物质的量为1+2+3+4=10mol，即参与反应的CH4与Cl2的物质的量之比为2:5； ④甲烷和氯气发生取代反应，无论有机产物是几氯代甲烷，都有HCl生成，故含量最多的是HCl； ⑤ CH4和Cl2的混合气体在强光照射下会发生爆炸,生成炭黑和HCl，此反应的化学方程式为CH4+2Cl2C+4HCl。 2．鉴别甲烷、一氧化碳和氢气这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 【答案】C 【详解】A．通入溴水→通入澄清石灰水，均无现象发生，不能将三者鉴别，A不符合题意； B．点燃→罩上涂有澄清石灰水的烧杯，甲烷和CO都能使澄清石灰水变浑浊，无法鉴别，B不符合题意； C．点燃后，罩上干冷烧杯，无水珠出现的是CO，有水珠出现的是甲烷和氢气，再罩上涂有澄清石灰水的烧杯，内壁出现浑浊的是甲烷，没有浑浊现象的是氢气，C符合题意； D．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，不能鉴别甲烷和一氧化碳，D不符合题意；故选C。 3．某化学兴趣小组在实验室中探究甲烷与氯气的取代反应，其设计的装置如图所示。 根据要求回答下列问题： (1)甲烷的电子式为： 。 (2)A装置中发生反应的化学方程式是 。 (3)在C装置中，经过一段时间的光照，发现硬质玻璃管内壁有油状物质产生，写出其中生成一氯代物的化学方程式： 。 (4)D装置的实验现象是 ；写出其反应的离子方程式 。 (5)仪器a是球形干燥管，其作用是 。 (6)该装置还有缺陷，原因是没有对反应产生的有机物进行尾气处理，其尾气中主要的含氯有机物为___________(填字母)。 A． B． C． D． 【答案】(1) (2) (3) (4)小棉团变蓝 (5)防止倒吸和导气 (6)A 【详解】（1）甲烷的电子式为，故答案为。 （2）A装置中二氧化锰和浓盐酸共热反应生成氯化锰、氯气和水，化学反应方程式为，故答案为。 （3）在C装置中氯气与甲烷在光照下发生取代反应，生成一氯代物的化学方程式为，故答案为。 （4）D装置的小棉团中均匀混有淀粉KI，氯气能与小棉团中的KI发生反应，生成的遇淀粉变蓝，所以D装置的实验现象是小棉团变蓝，反应的离子方程式为，故答案为小棉团变蓝；。 （5）E装置中球形干燥管的作用是防止倒吸和导气，故答案为防止倒吸和导气。 （6）甲烷与氯气反应生成的四种氯代烃中，只有一氯甲烷是气体，故尾气中主要的含氯有机物为，故答案为A。 二、同系物 名称 甲烷 乙烷 丙烷 分子式 CH4 C2H6 C3H8 相邻分子间关系 相邻烷烃分子在组成上均相差一个CH2原子团 1、定义：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质，互称为同系物 如：CH4、C2H6、C3H8互为同系物 注意： ①同系物的研究对象一定是同类有机物，根据分子式判断一系列物质是不是属于同系物时，一定要注意这一分子式表示的是不是一类物质，如：CH2==CH2(乙烯)与 (环丙烷)不互为同系物 ②同系物的结构相似，主要指化学键类型相似，分子中各原子的结合方式相似。对烷烃而言就是指碳原子之间以共价单键相连，其余价键全部结合氢原子。同系物的结构相似，并不是相同。如：和CH3CH2CH3，前者有支链，而后者无支链，结构不尽相同，但两者的碳原子均以单键结合成链状，结构相似，故为同系物。 ③根据物质的结构简式判断物质是不是属于同系物，要注意所给的物质是不是分子式相同，如：CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2属于同分异构体 ④同系物一定满足同一通式，但通式相同的有机物不一定是同系物，如：CH2===CH2和均满足通式CnH2n(n≥2，n为正整数)，但因二者结构不相似，故不互为同系物 ⑤同系物的组成元素相同，同系物之间相对分子质量相差14n(n＝1，2，3……) ⑥同系物一定具有不同的分子式 ⑦同系物的化学性质相似，物理性质随着碳原子数的增加而发生规律性的变化 2、判断方法 ①一差：两种物质分子组成上相差一个或多个“CH2”原子团 ②二同：具有相同的通式，两种物质属于同一类物质 ③二相似：两种物质结构相似，化学性质相似 实践应用 1．下列各组物质中互为同系物的是 A．CH3-CH2-CH3和 B．CH3-CH3和 C．CH3-CH2-CH3和CH3-CH2-CH2-CH3 D．和CH3-CH2-CH2-CH3 【答案】C 【详解】A．CH3-CH2-CH3是丙烷，含碳碳单键和碳氢单键，为链状烃；是环丙烷，含碳碳单键和碳氢单键，为环状烃，可见二者结构不相似，因此它们不属于同系物，A错误； B．CH3-CH3是乙烷，属于饱和链状烷烃，而为环丙烷，属于饱和环状烷烃，二者结构不相似，分子式也不是相差一个CH2，因此它们不是同系物，B错误； C．CH3-CH2-CH3是丙烷，分子式是C3H8；CH3-CH2-CH2-CH3是丁烷，分子式是C4H10，二者均为链状烷烃，结构相似，在分子组成相差1个CH2原子团，因此它们属于同系物，C正确； D．名称为异丁烷，也叫2-甲基丙烷，分子式是C4H10；CH3-CH2-CH2-CH3名称为正丁烷，分子式是C4H10，二者分子式相同、结构不同，因此互为同分异构体，D错误；故选C。 2．下列物质之间的关系错误的是 A．和互为同分异构体 B．分子式为和的烃一定属于同系物 C．冰和冰水混合物是同一种物质 D．金刚石和互为同素异形体 【答案】B 【详解】A．和分子式均为C2H6O，结构不同，互为同分异构体，故A正确； B．C2H4为乙烯，C3H6可能是丙烯或环丙烷，若C3H6为环丙烷，则与乙烯结构不相似，乙烯和环丙烷不是同系物，故B错误； C．冰和冰水混合物均为H2O，仅状态不同，属于同一物质，故C正确； D．金刚石和C60是碳元素形成的不同单质，互为同素异形体，故D正确；选B。 3．现有a、b、c、d四种有机化合物的分子的球棍模型如图所示。下列说法中不正确的是 A．a的二氯代物有2种 B．工业上合成CH3CH2Cl，通常选b为原料 C．与d互为同分异构体的物质有2种 D．a、c、d互为同系物 【答案】A 【详解】A．a是，二氯代物只有一种，A错误； B．b是乙烯，可以与HCl发生加成反应生成，B正确； C．d是2-甲基丁烷，它的同分异构体有戊烷、新戊烷两种，C正确； D．a、c、d都属于烷烃，互为同系物，D正确；故选A。 考点一 甲烷的组成和结构 【例1】下列化学用语表述错误的是 A．甲烷分子的球棍模型： B．和为同种物质 C．一氯甲烷的电子式： D．乙醇的结构简式：CH3CH2OH 【答案】A 【详解】A．球棍模型表现原子间的连接与空间结构，甲烷分子中碳原子半径大于氢原子，球棍模型：，A错误； B．甲烷为四面体结构，其二氯取代物和为同种物质，B正确； C．一氯甲烷含碳氢、碳氯共价键，电子式：，C正确； D．乙醇含羟基，结构简式：CH3CH2OH，D正确；故选A。 解题要点 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】天然气的主要成分是 A．甲烷 B．乙烯 C．CO D． 【答案】A 【详解】天然气是化石燃料，主要成分为甲烷(CH4)，故选A。 【变式1-2】甲烷 (1)甲烷结构：甲烷分子中，碳原子与 4 个氢原子形成 个共价单键。分子中的 5 个原子不在同一平面内，而是形成了一个 的结构：碳原子位于 ，4 个氢原子分别位于 ，任意两个碳氢键之间的夹角均为 。 (2)甲烷性质 ①甲烷是 的气体，在标准状况下的密度为0.717 g·L-1，比空气的 ， 溶于水。 ②甲烷与氯气在光照条件下发生的卤代反应是一个 链反应。 链引发：Cl2·Cl+·Cl 链增长：·Cl＋CH4→HCl＋·CH3 ·CH3＋Cl2→CH3Cl＋·Cl 链终止：·Cl+·Cl→Cl2 ·Cl+·CH3→CH3Cl 其中Cl2、CH4为反应物，·Cl、·CH3为自由基，HCl、CH3Cl为生成物。 (3)甲烷在空气中燃烧生成CO2和H2O，反应的化学方程式为 。1 mol CH4完全燃烧可放出802 kJ的热量。与相同状况下的CO、H2相比较，CH4完全燃烧放出热量更多，所以天然气是一种优良的燃料。 【答案】(1) 4 正四面体 正四面体的中心 正四面体的四个顶点 109°28’ (2)无色、无味 小 难 自由基型 (3) 【详解】（1）甲烷结构：甲烷分子中，碳原子与 4 个氢原子形成4个共价单键。分子中的 5 个原子不在同一平面内，而是形成了一个正四面体的结构：碳原子位于正四面体的中心，4 个氢原子分别位于正四面体的四个顶点，任意两个碳氢键之间的夹角均为109°28’。故答案为：4 ；正四面体；正四面体的中心；正四面体的四个顶点，109°28’。 （2）①甲烷是无色、无味的气体，在标准状况下的密度为0.717 g·L-1，比空气的小，难溶于水。 ②根据反应历程可判断反应过程中产生多个自由基，所以甲烷与氯气在光照条件下发生的卤代反应是一个自由基型链反应。 （3）甲烷在空气中燃烧生成CO2和H2O，反应的化学方程式为 考点二 甲烷的化学性质 【例2】家用燃气天然气的主要成分是甲烷，下列关于甲烷的说法正确的是 A．易溶于水 B．能使溴水褪色 C．分子构型为平面正方形 D．可用作燃料 【答案】D 【详解】A．甲烷难溶于水，因非极性分子不易溶于极性溶剂，A错误； B．甲烷属于烷烃，性质稳定，不能使溴水褪色，B错误； C．甲烷分子构型为正四面体，而非平面正方形，C错误； D．甲烷燃烧生成CO2和H2O，是一种优良的燃料，D正确；故选D。 解题要点 甲烷的取代反应 【变式2-1】下列物质在光照条件下，可以和发生取代反应的是 A．液溴 B．氯水 C．氧气 D．酸性溶液 【答案】A 【详解】A．与溴单质在光照条件下发生取代反应，故A正确； B．与氯水不反应，故B错误； C．与氧气发生氧化反应，故C错误； D．与酸性高锰酸钾溶液不反应，故D错误；故答案为：A。 【变式2-2】某课外活动小组利用如图所示装置探究CH4和Cl2的反应。 (1)CH4和Cl2发生反应条件是 ，反应类型为 ，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______。 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______。 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 。 【答案】(1)光照 取代反应 (2)D (3)B (4)白色胶状沉淀生成 (5)平衡气压 【详解】（1）根据分析，甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应；假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，则该有机物为CCl4，化学方程式为。 （2）若甲烷与氯气的体积之比为1：1，由于甲烷和氯气在光照条件下逐步发生取代反应，则得到的产物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，答案选D。 （3）经过几个小时的反应后，消耗甲烷和氯气，且生成的HCl能够溶于水，则反应中气体的总物质的量减少，压强减小，U形管右端的玻璃管中水柱降低，答案选B。 （4）若水中含有Na2SiO3，则生成的HCl能够溶于水与Na2SiO3发生复分解反应生成H2SiO3沉淀和NaCl，因此在U形管左端会观察到有白色胶状沉淀生成。 （5）右端玻璃管和大气相通，可平衡气压。 考点三 烷烃 同系物 【例3】以下是某环状烃(X)开环反应生成更稳定的烷烃过程，下列说法正确的是 A．X中所有碳原子可能都处于同一平面 B．Y不能使酸性溶液褪色 C．Y中有5个碳原子位于同一直线 D．反应有副产物生成 【答案】B 【详解】A．X中含有次甲基，与次甲基相连的碳原子不可能都处于同一平面，A错误； B．Y属于烷烃，烷烃性质相对稳定，不能使酸性KMnO4溶液褪色，B正确； C．Y属于烷烃，直链上5个碳原子呈锯齿状，不在同一直线，C错误； D．X开环与H2反应，断开①②碳碳单键，得到Y，若断开②③碳碳单键，得到副产物己烷CH3CH2CH2CH2CH2CH3，不能生成，D错误；故选B。 解题要点 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】常温下，乙烷分子中的两个甲基可以绕键自由旋转，理论上乙烷分子可以有多种构象，其中两种构象的能量关系如图所示，下列说法错误的是 A．a分子比b分子稳定 B．乙烷分子所有原子不在同一平面上 C．1个a分子完全转化为b分子需要吸收12.6kJ热量 D．乙烷在光照条件下能与氯气发生反应生成多种有机物 【答案】C 【详解】A．a分子能量更低，更稳定，A正确； B．甲烷为正四面体结构，乙烷可视为上的一个被甲基取代的物质，分子中所有原子不在同一平面上，B正确； C．1mola分子完全转化为1molb分子吸收热量，C错误； D．乙烷在光照条件下能与氯气发生反应生成多种有机物，如等，D正确； 答案选C。 【变式3-2】下列说法正确的是 A．互为同位素 B．一氯甲烷和二氯甲烷互为同分异构体 C．和互为同素异形体 D．和是同系物 【答案】D 【详解】A．同位素是指质子数相同、中子数不同的原子之间的互称，而是分子，不是原子，因此不互为同位素，A错误； B．一氯甲烷（CH3Cl）和二氯甲烷（CH2Cl2）的分子式不同，同分异构体要求分子式相同但结构不同，因此不互为同分异构体，B错误； C．同素异形体是指同种元素形成的不同单质，而CO和CO2都是化合物，不是单质，因此不互为同素异形体，C错误； D．C3H8（丙烷）和C4H10（丁烷）均为烷烃，结构相似，分子组成相差一个CH2原子团，因此互为同系物，D正确；故选D。 基础达标 1．天然气是一种清洁的化石燃料，天然气水合物的主要成分是甲烷水合物，其组成为 A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．为一水合氨，A错误； B．为金属盐的结晶水合物，与天然气无关，B错误； C．为金属盐的结晶水合物，与天然气无关，C错误； D．对应甲烷水合物的化学式，D正确；故选D。 2．现有a、b、c、d四种烃，其球棍模型如下。下列有关说法错误的是 A．工业上合成一氯乙烷，通常选b为原料 B．d的名称为异戊烷 C．c和d互为同系物 D．a的一氯代物有2种 【答案】D 【详解】A．根据分析可知b为乙烯，工业上合成一氯乙烷，通常选乙烯为原料，反应的生成物只有氯乙烷，符合原子经济理念，A正确； B．根据分析可知d的名称为异戊烷，B正确； C．结构相似，分子组成相差若干个CH2原子团的有机物互为同系物，c为乙烷、d为异戊烷，乙烷(CH3CH3)和异戊烷(CH3CH2CH(CH3)2)属于同系物，C正确； D．a为甲烷，甲烷的一氯代物只有1种，D错误；故选D。 3．有机物可有多种方式表示其组成或结构，下列表示方法正确的是 A．乙醇的键线式 B．羟基的电子式 C．四氯化碳的空间填充模型 D．异丁烷的结构简式 【答案】A 【详解】A．乙醇为CH3CH2OH，键线式为，A正确； B．羟基-OH呈电中性，电子式为，B错误； C．四氯化碳是正四面体结构，氯原子半径大于碳原子，空间填充模型能反映出原子半径的相对大小，不能表示四氯化碳的空间填充模型，C错误； D．异丁烷的结构简式为(CH3)2CHCH3，(CH3)2CHCH2CH3是异戊烷的结构简式，D错误； 故选A。 4．据报道，我国科学家研制出以石墨烯为载体的催化剂，在25℃下用H2O2直接将CH4转化为含氧有机物，其主要原理如图所示。下列说法正确的是 A．图中表示CH4，其空间构型为平面正方形 B．步骤ii涉及非极性键的断裂与生成 C．由图可知，步骤iv生成的H2O，其中的H原子全部来自H2O2 D．步骤i到iv的总反应为：CH4+2H2O2HCHO+3H2O 【答案】D 【详解】A．图中表示CH4，空间构型为正四面体，A错误； B．从反应的原理图来看，步骤ii为*CH3+*H+H2O2→CH3OH+H2O，断裂O-O键，为非极性键，生成C-O、O-H键，均为极性键，B错误； C．从反应的原理图来看，步骤iv为*CH2OH+*H+H2O2→*HCHO+2H2O，断裂H2O2中的O-O键和CH2OH中的O-H键、并形成O-H键生成水，氢原子来自于*H、*CH2OH和H2O2，C错误； D．从反应的原理图来看，整体反应为一个甲烷分子和两个过氧化氢分子反应生成一个甲醛分子和三个水分子，故其总反应的化学方程式为CH4+2H2O2HCHO+3H2O，故D正确；故答案为D。 5．有机化合物在许多领域都发挥着举足轻重的作用。下列说法错误的是 A．甲烷可作气体燃料 B．煤油在适当条件下水解可制取甘油 C．食醋可用于清洗水壶中的水垢 D．医疗上用(体积分数)的乙醇溶液杀菌、消毒 【答案】B 【详解】A．甲烷具有可燃性，甲烷可作气体燃料，故A正确； B．煤油属于烃，不能发生水解反应，故B错误； C．醋酸和碳酸钙反应生成醋酸钙、二氧化碳、水，食醋可用于清洗水壶中的水垢，故C正确； D．酒精能使蛋白质变性，医疗上用(体积分数)的乙醇溶液杀菌、消毒，故D正确；选B。 6．下列物质在一定条件下能与甲烷反应的是 A．浓硫酸 B．氢氧化钠溶液 C．氧气 D．酸性高锰酸钾溶液 【答案】C 【详解】A．硫酸属于强酸，甲烷和浓硫酸不反应，故A错误； B．氢氧化钠属于强碱，甲烷和氢氧化钠不反应，故B错误； C．甲烷和氧气在点燃条件下发生氧化还原反应，故C正确； D．酸性高锰酸钾属于强氧化剂，甲烷和酸性高锰酸钾溶液不反应，故D错误；故选C。 7．烷烃可以发生取代反应。向下图的B中通入一定量的氯气和甲烷气体，混合均匀后通入C中硬质玻璃管中，夹紧两个弹簧夹，用光照射硬质玻璃管。 (1)一段时间后，C中玻璃管内的实验现象： 、 。 (2)装置B有三种功能：①控制气体流速；② ；③ 。 (3)氯代的机理为自由基(带有单电子的原子或原子团，如、)反应，包括以下几步： I．链引发 Ⅱ．链传递 Ⅲ．链终止 …… …… ①写出由生成过程中链传递的方程式：、 。 ②已知：、时，中键和HCl中键的键能分别是和。则反应完全反应 (填“放出”或“吸收”)热量。 ③丙烷也能与氯气发生反应，其反应过程中链传递的一步反应能量变化如图所示。 则断裂中键比断裂中键所需能量 (填“大”或“小”)。 (4)某小组设计了如下实验验证具有还原性，实验过程中观察到图中无水逐渐变蓝，澄清石灰水出现浑浊现象，则与CuO反应的化学方程式为 。 【答案】(1)气体黄绿色变浅 生成油状物 (2)干燥氯气和甲烷 使得甲烷和氯气混合均匀 (3) 吸收 大 (4) 【详解】（1）甲烷与氯气发生取代反应生成CH3Cl、HCl和油状物CH2Cl2、CHCl3、CCl4，C中玻璃管内的实验现象：气体黄绿色变浅、生成油状物； （2）装置B有三种功能：①控制气体流速；②干燥氯气和甲烷；③使得甲烷和氯气混合均匀； （3）①模仿Cl·+CH4→·CH3+HCl，·CH3+Cl2→CH3Cl+Cl·，由生成过程中链传递的方程式：、。 ②反应完全反应断裂1mol键吸收439kJ能量，同时生成1molHCl中键释放431kJ能量，则反应吸收439-431=8kJ热量。 ③由图，CH3CH2CH3+生成+HCl放出的热量大于CH3CH2CH3+生成+HCl放出的热量，则说明CH3CH2CH3+生成+HCl吸收的热量少，则断裂中键比断裂中键所需能量大； （4）实验过程中观察到图中无水逐渐变蓝，澄清石灰水出现浑浊现象，则甲烷还原氧化铜生成铜单质、水、二氧化碳，反应为。 8．甲烷的取代反应是有机化学实验中的典型代表。现有实验装置如图所示，打开分液漏斗活塞，并将装置置于光亮处一段时间。下列说法正确的是 A．可用MnO2代替高锰酸钾进行实验 B．0.01molCH4最多可消耗0.896L氯气 C．Cl2与CH4反应生成的产物均为四面体 D．可观察到有黄绿色气体产生，后颜色变浅，内壁出现油状液体 【答案】D 【详解】A．与浓盐酸反应需要加热，不能代替，A错误； B．0.01molCH4最多可以与0.04molCl2发生取代反应，标况下的体积是0.896L，题目未指明标况，B错误； C．Cl2与CH4反应生成的产物有4种有机产物均是四面体结构，但同时会生成HCl，其不是四面体结构，C错误； D．浓盐酸和高锰酸钾反应生成黄绿色气体Cl2，随着反应的进行，c(Cl2)不断减小，瓶中气体的黄绿色逐渐变浅，反应生成的CCl4、CH2Cl2、CHCl3呈液态，附着在瓶内壁上，所以有油状液滴形成，D正确；故选D。 综合应用 1．实验小组探究甲烷与氯气的反应，装置、现象如下： 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．与发生了取代反应 B．白雾与生成的HCl有关 C．出现油状液滴，说明全部转化为 D．若用铝箔套住试管，光照一段时间后试管中无明显变化 【答案】C 【详解】A．根据分析，与发生了取代反应，A正确； B．HCl极易溶于水，易结合水蒸气产生白雾以及试管内液面上升与HCl的生成有关，B正确； C．CH2Cl2、CHCl3、CCl4都是油状液体，出现油状液滴，不能说明全部转化为，C错误； D．甲烷和氯气发生反应的条件是光照，若用铝箔套住试管，重复上述实验，一段时间后没有明显变化，D正确；故选C。 2．取一支硬质大试管，通过排饱和溶液的方法先后收集半试管和半试管，如下图所示，下列说法正确的是 A．为加快化学反应速率，应在强光照射下完成 B．和完全反应后液面上升，液体不能充满试管 C．反应得到的有机产物空间构型都是正四面体 D．和反应后试管内壁的油状液滴只有和 【答案】B 【详解】A．氯气与甲烷在强光照射下会发生爆炸，所以为加快化学反应速率，氯气与甲烷的取代反应不能在强光照射下完成，A错误； B．甲烷与氯气在光照条件下反应生成的一氯甲烷为气体，所以完全反应后液面上升，液体不会充满试管，B正确； C．甲烷与氯气在光照条件下反应生成的有机物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷，由于C-H键的键长于C-Cl键的键长不相等，故空间构型为正四面体的只有，C错误； D．甲烷与氯气在光照条件下反应生成的一氯甲烷为气体，而生成的二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷是不溶于水的液体，所以油状液滴只有、和，D错误； 故选B。 3．取一支硬质大试管，收集半试管甲烷和半试管氯气（如图所示）。下列关于试管内发生的反应及现象的说法不正确的是 A．该过程中和发生了取代反应 B．为加快化学反应速率，应在强光照射下完成 C．甲烷和反应后试管内壁的油状液滴含有 D．若与足量在光照下反应，如果生成相同物质的量的四种有机物，则消耗的物质的量为2.5mol 【答案】B 【详解】A．CH4和Cl2反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和HCl，发生了取代反应，A正确； B．甲烷和氯气发生取代反应，须在光照条件下进行，但不需要采用强光照射，如采用强光照射，可能发生爆炸，B错误； C．CH4和Cl2反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳，其中二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳为油状液滴，C正确； D．和Cl2反应发生取代反应生成，相同物质的量的四种有机物，根据守恒可知生成，0.25mol一氯甲烷、0.25mol二氯甲烷、0.25mol三氯甲烷、0.25mol四氯化碳，发生反应时1mol氯气取代1molH，则有机物产物中氯原子的物质的量等于消耗氯气的物质的量，即为0.25×(1+2+3+4) mol=2.5mol，D正确； 故选B。 4．甲烷与氯气在光照下的反应装置如图所示，试管中甲烷与氯气的体积比为，下列说法正确的是 A．实验结束后，有机产物只有 B．实验结束后，试管内充满饱和食盐水 C．水槽中用饱和食盐水的目的是减少的溶解 D．若完全反应生成等物质的量的四种有机产物，则需消耗 【答案】C 【详解】A．实验结束后，有机产物为和，A错误； B．为气体，试管内液面上升，但不会充满饱和食盐水，B错误； C．Cl2在饱和食盐水中的溶解度较小，水槽中用饱和食盐水的目的是减少的溶解，C正确； D．得到，根据碳原子守恒：，则，，而甲烷与氯气发生取代反应得到氯代烃时， 一半的氯原子反应生成氯代烃，一半的氯原子反应生成，故需要氯气的物质的量为，D错误；答案选C。 5．某实验小组对甲烷与氯气的反应进行了以下探究实验。 (1)查阅资料：甲烷可通过以下反应制取：。该小组使用无水乙酸钠晶体与碱石灰、二氧化锰与浓盐酸分别制备实验需要的气体，请选择相应气体发生装置：①： (填选项字母，下同)；②： 。 A．       B．       C．        D． (2)完成反应物制备后，实验小组使用图示装置完成了甲烷与氯气反应的实验。 ①可观察到试管内有 (填选项字母)等现象。 A．液面下降                                B．产生白雾 C．试管壁有油状液滴                    D．混合气体颜色变深 ②常温下，请写出实验过程中生成气态有机产物的反应方程式 。 ③用饱和NaCl溶液而不用水的原因是 。 (3)下列有关叙述正确的是___________(填选项字母)。 A．甲烷的二氯代物只有一种，可以证明甲烷是正四面体的空间结构 B．四氯化碳俗称氯仿，是工业上重要的有机溶剂 C．正丁烷与异丁烷相比，前者沸点更低 D．适用于管道煤气(主要成分为CO)的灶具改用天然气，其进风口应改大 (4)若1 mol甲烷和氯气取代后得到等物质的量的四种氯代物，甲烷无剩余，则消耗的氯气为 mol。 (5)CH4氯代的机理为自由基(带有单电子的原子或原子团，如Cl·、·CH3)反应，包括以下几步： Ⅰ．链引发 Ⅱ．链传递 Ⅲ．链终止 … … 写出由CH3Cl生成CH2Cl2过程中链传递的方程式：、 。 【答案】(1) A C (2)BC 降低氯气的溶解度 (3)AD (4)2.5 (5) 【详解】（1）①实验室用无水乙酸钠晶体与碱石灰共热制备甲烷，即固体与固体加热制备气体，则制备的发生装置选A； ②实验室用二氧化锰与浓盐酸共热制备，即固体与液体加热制备气体，则制备的发生装置选C； （2）①甲烷和氯气在光照下反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和氯化氢，反应生成两种气体和三种液体，二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳是难溶于水的油状液体，氯气逐渐被消耗，试管内气压也减小，则可观察到试管内产生白雾，混合气体颜色变浅，试管壁出现油状液滴，试管内液面上升等现象，故选BC； ②实验过程中生成的气态有机产物是一氯甲烷，反应方程式为为： ； ③氯气能溶于水，而饱和食盐水含有大量的氯离子，根据同离子效应，会抑制氯气在水中的溶解，减少氯气的损耗，使更多氯气参与反应，则用饱和NaCl溶液而不用水的原因是降低氯气的溶解度； （3）A．甲烷的二氯代物只有一种，说明甲烷不是平面正方形结构。而在正四面体结构中，甲烷分子中的四个氢原子完全等价，无论哪两个氢原子被氯原子取代，得到的二氯代物都是同一种结构，可以证明甲烷是正四面体的空间结构，A正确； B．三氯甲烷俗称氯仿，是工业上重要的有机溶剂，B错误； C．正丁烷与异丁烷互为同分异构体，支链越多，沸点越低，则正丁烷与异丁烷相比，前者沸点更高，C错误； D．根据反应：CH4+2O2CO2+2H2O、2CO+O22CO2，适用于管道煤气(主要成分为CO)的灶具改用天然气时，氧气消耗量增大，消耗空气体积增大，其进风口应改大，否则天然气燃烧不充分，会生成有毒的CO，D正确； 故选AD。 （4）若1mol甲烷和氯气取代后得到等物质的量的四种氯代物，甲烷无剩余，即最后得到0.25mol一氯甲烷、0.25mol二氯甲烷、0.25mol三氯甲烷、0.25mol四氯化碳，则消耗的氯气为1mol+(1-0.25)mol+(0.75-0.25)mol+(0.5-0.25)mol=2.5 mol； （5）由表中链传递信息类推可知，由CH3Cl生成CH2Cl2过程中链传递的方程式为：、。 6．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，是由甲烷与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，具有燃烧值高、污染小、储量大等特点，多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪，用作新型高效能源。 (1)甲烷()属于___________。 A．单质 B．化合物 C．碱 D．有机物 (2)下列各图中能表示甲烷的分子结构有___________。 A．甲烷分子结构示意图 B．甲烷分子电子式 C．球棍模型 D．填充模型 A．A B．B C．C D．D (3)下列关于甲烷的说法中，正确的是___________。 A．是天然气、煤层气的主要成分 B．比空气密度小且难溶于水的气体 C．能与氯气发生取代反应 D．分子结构是正四面体构型 (4)如图所示的装置是某次实验最初的情况(夹持装置省略)，烧瓶内盛有等体积的甲烷和，用光照射烧瓶一段时间后，下列说法正确的是___________。 A．只能生成一种有机物 B．烧瓶内液面不可能上升 C．烧瓶内的液体可能会分层 D．向水中加入石蕊试液后变红 (5)在一定条件下，下列物质可与甲烷发生化学反应的是___________。 A． B．浓硫酸 C． D．酸性溶液 【答案】(1)BD (2)ABCD (3)ABCD (4)CD (5)AC 【详解】（1）甲烷()由C和H两种元素组成，属于化合物，为含碳的化合物，属于有机物，故选BD； （2）A．甲烷是正四面体结构，分子结构示意图为，A正确； B．甲烷中C与H共用1对电子对，C原子形成8电子稳定结构，电子式为，B正确； C．甲烷的球棍模型为4个碳氢单键，即，C正确； D．甲烷中C原子半径大于H，填充模型为，D正确；故选ABCD； （3）A．甲烷是清洁能源，是天然气、煤层气的主要成分，A正确； B．甲烷相对分子质量为16，相比空气而言密度小，且是难溶于水的气体，B正确； C．甲烷中H能被Cl取代，与氯气发生取代反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷等，C正确； D．甲烷中四个C-H单键相同，空间结构是正四面体构型，D正确； 故选ABCD； （4）A．甲烷和反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷四种有机物，故A错误； B．甲烷和反应生成的一氯甲烷和HCl是气体，其余都是液体，且HCl易溶于水，烧瓶内压强减小，则液面上升，故B错误； C．反应生成的二氯甲烷等有机物为油状液体，不溶于水，会分层，故C正确； D．反应生成的HCl溶于水，形成盐酸，显酸性，加入石蕊试液后变红，故D正确； 故选CD； （5）甲烷的化学性质较为稳定，与酸、碱、酸性高锰酸钾溶液等不反应，但可与氯气、溴蒸气等发生取代反应，能在氧气中燃烧，故答案为AC。 7．有机物的数量众多、性质各异。现有如下物质：a．天然气的主要成分；b．；c．； d．；e．；f．CH2Cl2；g．[其中灰球均表示碳原子(氢原子已省略)]。请回答下列问题： (1)上述物质中，属于同分异构体的是 (填字母)，属于同系物的是 。 (2)c的分子式为 ，e的名称为 。 (3)下列关于f的说法正确的是_______(填标号)。 A．不属于烃 B．不存在同分异构体 C．空间结构为正四面体形 D．能使酸性 KMnO4溶液褪色 (4)某化学兴趣小组利用如图所示装置，在圆底烧瓶中充入一定量的a和Cl2，在常温下将装置置于光亮处一段时间。 ①光照条件下，烧瓶内发生反应生成一氯代物R的化学方程式为 。 ②打开止水夹，可以观察到的现象为 。 ③若a与Cl2反应生成的各有机产物的物质的量均相同，此时消耗的a与生成的无机物的物质的量之比为 。 【答案】(1)cdg abe (2)C4H8 2-甲基丁烷或异戊烷 (3)AB (4) CH4+Cl2CH3Cl+HCl 烧杯中的水倒吸进入烧瓶，形成喷泉 2:5 【详解】（1）cdg分子式均为C4H8，结构不同，互为同分异构体；abe均为饱和烷烃，且分子式相差n个CH2，互为同系物； （2）c是2-丁烯，分子式为C4H8；主链4个碳，母体为丁烷，2号位有一个甲基，命名为：2-甲基丁烷或异戊烷； （3）A．含有氯元素，不属于烃，A正确； B．甲烷是正四面体结构，二氯甲烷不存在同分异构体，B正确； C．C-H键、C-Cl键键长不等，不是正四面体形，C错误； D．不含有和酸性溶液反应的基团，不能使酸性溶液褪色，D错误； 故选AB； （4）①CH4与Cl2在光照条件下发生取代反应生成CH3Cl，化学方程式为CH4+Cl2CH3Cl+HCl； ②打开止水夹，HCl易溶于水，则会看到烧杯中的水倒吸进入烧瓶，形成喷泉； ③CH4与Cl2发生取代反应，每分子Cl2都有一个氯原子取代甲烷中的氢原子，故若生成的有机产物的物质的量相同，设4molCH4反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4分别为1mol，则消耗氯气的物质的量为1+2+3+4=10mol，即参与反应的CH4与Cl2的物质的量之比为2:5。 8．取一支硬质大试管，通过排饱和溶液的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气（如图所示）。下列关于试管内发生的反应及现象的说法不正确的是 A．和完全反应后试管内的液面会上升 B．为加快化学反应速率，应在强光照射下完成 C．甲烷和反应后试管内壁的油状液滴含有、、 D．若与足量在光照下反应，如果生成相同物质的量的四种有机物，则消耗的物质的量为 【答案】B 【详解】A．CH4和Cl2反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和HCl，其中HCl易溶于水，导致试管内压强减小，反应后液面上升，A正确； B．甲烷和氯气发生取代反应，须在光照条件下进行，但不需要采用强光照射，如采用强光照射，可能发生爆炸，B错误； C．CH4和Cl2反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳，其中二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳为油状液滴，C正确； D．甲烷和Cl2反应发生取代反应生成，相同物质的量的四种有机物，根据守恒可知生成，0.25mol、0.25mol 、0.25mol 、0.25mol ，发生反应时1mol氯气取代1molH，则有机物产物中氯原子的物质的量等于消耗氯气的物质的量，即为0.25×(1+2+3+4) mol=2.5mol，D正确； 故选：B。 9．实验室用如图所示的装置(夹持装置略)进行甲烷与氯气在光照条件下的反应实验。下列说法错误的是 A．该反应生成4种物质 B．该实验不能在阳光直射下进行 C．生成的和是同一种物质 D．若用乙烷替代甲烷进行实验，也能发生相同类型的反应 【答案】A 【详解】A．甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应，会生成、、、、，5种产物，A错误； B．该实验在光照条件即可反应，在阳光直射下进行反应过于剧烈而易发生爆炸，B正确； C．甲烷是正四面体结构，故和是同一种物质，C正确； D．甲烷和乙烷均为烷烃，结构相似、化学性质相似，若用乙烷替代甲烷进行实验，也能发生反应，D正确； 故选A。 10．某化学兴趣小组搭建如图所示装置，在烧瓶中充满等物质的量的和，将装置置于常温光亮处一段时间。下列说法错误的是 A．打开止水夹，可以观察到红色喷泉 B．该实验产物中，物质的量最多的是 C．光照时，烧瓶内存在极性键的断裂和形成 D．烧瓶内壁有油状液滴，油状液滴属于混合物 【答案】B 【详解】A．CH4与Cl2在光照条件下发生取代反应有HCl生成，HCl溶于水为酸性，使紫色石蕊变红，故观察到喷泉颜色为红色，A正确； B．甲烷和氯气发生取代反应，无论有机产物是几氯代甲烷，都有HCl生成，故含量最多的是HCl，B错误； C．光照时，烧瓶内存在极性键（C-H）的断裂和极性键(C-Cl、H-Cl)形成，C正确； D．烧瓶内油状液滴是甲烷和氯气发生取代反应后的液态产物，成分可能为CH2Cl2、CHCl3、CCl4属于混合物，D正确；故选B。 拓展培优 1．Ⅰ .如图，在光照条件下，将盛有CH4和Cl2的量筒倒扣于盛有饱和食盐水的烧杯中进行实验，对实验现象及产物分析中错误的是 。 A．混合气体的颜色变浅，量筒中液面上升 B．量筒内壁上出现的油状液滴，应是三氯甲烷、四氯甲烷的混合物 C．烧杯中有白色固体物质析出 D．甲烷与氯气反应后的产物只有CCl4 Ⅱ.根据烯烃的性质回答下列问题。 （1）一瓶无色气体，可能含有CH4和CH2===CH2，或其中的一种，与一瓶Cl2混合后光照，观察到黄绿色逐渐褪去，瓶壁有少量无色油状小液滴。 由上述实验现象推断出该瓶气体中一定含有CH4，你认为是否正确，为什么？ 。 （2）含有的化合物与CH2===CH2一样，在一定条件下可聚合成高分子化合物。 ①广泛用作农用薄膜的聚氯乙烯塑料，是由聚合而成的，其化学方程式是 。 ②电器包装中大量使用的泡沫塑料的主要成分是聚苯乙烯()，它是由 (写结构简式)聚合而成的。 【答案】BD 不正确因为CH2===CH2也可以与Cl2发生加成反应，而使黄绿色逐渐褪去，生成的CH2ClCH2Cl也是油状液体 【详解】Ⅰ.（1）CH4和Cl2混合后在光照条件下发生一系列取代反应生成： CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl。 A．氯气是黄绿色气体，由于氯气被消耗，故混合气体颜色变浅；由于生成的HCl溶于水，而CHCl3、CH2Cl2、CCl4是油状液体故反应后气体体积变小，则液面上升，故A正确； B．CHCl3、CH2Cl2、CCl4是油状液体，CH3Cl是气体但易溶于有机溶剂，故所得的油状液滴是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4的混合物，故B错误； C．HCl溶于水后，能使NaCl的溶解平衡左移，降低了NaCl的溶解度，故有固体析出，故C正确； D．有机反应进行不彻底，故反应后产物中CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl均有，故D错误。 故答案为BD； Ⅱ．（1）因为CH2=CH2也可以与Cl2发生加成反应，而使黄绿色逐渐褪色，生成的CH2ClCH2Cl也是油状液体，则不能确定是否含有甲烷。故答案为不正确，因为CH2=CH2也可以与Cl2发生加成反应，而使黄绿色逐渐褪色，生成的CH2ClCH2Cl也是油状液体； （2）①由氯乙烯合成聚氯乙烯的反应为：。故答案为； ②合成聚苯乙烯的单体是苯乙烯，即。故答案为。 2．下列说法不正确的是 A．天然气、沼气、煤层气的主要成分都是甲烷 B．在测量水蒸气的相对分子质量时，其数值大于18，这与分子间的氢键有关 C．露置于潮湿的空气中既有离子键和共价键的断裂，又有离子键和共价键的形成 D．在火山口地表的附近，硫化物会转化为盐，如石膏()、芒硝() 【答案】D 【详解】A．天然气、煤层气和沼气的主要成分都是甲烷，A正确； B．选项中由于分子间氢键的存在使水分子发生“缔合”，形成“缔合分子”，因此在接近沸点时候实验测定的水蒸气的相对分子质量比18大，B正确； C．Na2O2露置于潮湿空气中会与水反应生成氢氧化钠，也会与二氧化碳反应生成碳酸钠，既有旧离子键和共价键的破坏，又有新离子键和共价键的形成，C正确； D．氧气具有氧化性，受氧气和水的长期作用，硫化物会转化为硫酸盐，如石膏(CaSO4•2H2O)、芒硝(Na2SO4•10H2O)等，D错误；故选D。 3．光催化甲烷无氧转化为乙烷受到了学术界和工业的广泛关注，其反应式可以表示为。回答下列问题： (1)物质X是 （填化学式）。 (2)丁烷是甲烷的一种同系物，它有两种不同的结构（A和B），其中A用球棍模型可以表示为： 则A的结构简式是 ，B的化学名称是 。 (3)①甲烷分子的空间结构名称为 。 ②甲烷在空气中完全燃烧，生成在标准状况下的体积是 L。（用含a的代数式表示，无需化简） (4)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模拟上述过程，其设计的模拟装置如图所示。 ①装置B有三种功能：a．监测气流速度；b．均匀混合气体；c． 。 ②装置D的棉花中均匀混有KI粉末，其作用是 。 ③装置E的作用是 （填标号）。 A．收集气体    B．吸收氯气    C．防止倒吸    D．吸收氯化氢 【答案】(1) (2) 异丁烷或2-甲基丙烷 (3)正四面体 (4)干燥和 除去过量的，防止其污染环境（或使盐酸中引入杂质等其他合理答案） CD 【详解】（1），根据原子守恒可知物质X是H2； （2）由球棍模型可知A的结构简式为CH3CH2CH2CH3；丁烷的另一种结构为CH3CH(CH3)2，化学名称是异丁烷或2-甲基丙烷； （3）①甲烷分子的空间结构名称为正四面体； ②甲烷在空气中完全燃烧，生成mol，在标准状况下的体积是； （4）①装置B有三种功能：a．监测气流速度；b．均匀混合气体；c．干燥和； ②装置D的棉花中均匀混有KI粉末，氯气和KI反应生成碘单质和KCl，故D的作用是除去过量的，防止其污染环境（或使盐酸中引入杂质等其他合理答案）； ③装置E的作用是防止倒吸和吸收氯化氢，选CD。 4．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图： 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，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应 (给出一个取值范围)。 (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_______。 A．收集气体 B．吸收氯气 C．防止倒吸 D．吸收氯化氢 (5)CH4 (填写“能”或“不能”)使酸性高锰酸溶液褪色。C装置中CH4和Cl2能发生反应，此化学反应的类型为 ， 请写出CH4和Cl2反应生成CH3Cl的化学方程式 。 (6)E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 【答案】(1)干燥混合气体 (2)x≥4 (3)吸收过量的氯气 (4)CD (5)不能 取代反应 CH4+Cl2CH3Cl+HCl (6)ab 【详解】（1）生成的氯气中含有水，B装置除具有控制气流速度、均匀混合气体之外，因浓硫酸具有吸水性，还具有干燥作用； （2）氯气与甲烷发生取代反应，反应特点是1mol氯气可取代1molH原子生成1molHCl，设，若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应大于或等于4； （3）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，所以，D装置的石棉中均匀混有KI粉末，能吸收过量的氯气； （4）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，故选CD； （5）甲烷是饱和烃，分子中 C 为杂化，化学键稳定，不能被酸性高锰酸钾氧化；光照条件下，中 H 原子逐步被 Cl 原子取代，属于 取代反应；与Cl2生成，反应条件为光照，产物为CH3Cl和HCl，化学方程式为CH4+Cl2CH3Cl+HCl； （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等气体，应进行尾气处理，故选ab。 5．有机化合物的组成、结构、性质及转化是学习有机化学的必备知识。 (1)丙烯(C)在一定条件下有如图所示的转化关系： ①丙烯与的溶液反应生成的化学方程式为 。 ②不对称烯烃与水的加成反应主要发生马氏加成，即氢原子加在含氢较多的碳原子上，请写出产物B中主要有机物的结构简式 。 ③高分子材料D的结构简式为 ，合成D的反应类型是 。 (2)某实验小组对甲烷与氯气的反应进行了以下探究实验。 查阅资料：甲烷可通过反应制取：。该小组使用无水乙酸钠晶体与碱石灰、二氧化锰与浓盐酸分别制备实验需要的气体，请选择相应气体发生装置：①： (填选项字母，下同)；②： 。 A． B．     C． D． (3)完成反应物制备后，实验小组使用图示装置完成了甲烷与氯气反应的实验。下列有关叙述正确的是___________(填选项字母)。 A．反应生成的产物有4种，反应后试管内壁有油状液滴生成， B．一段时间后，饱和食盐水能充满整个试管 C．四氯甲烷俗称氯仿，是工业上重要的有机溶剂 D．二氯甲烷没有同分异构体，所以甲烷为正四面体结构 (4)若1 mol甲烷和氯气发生取代反应后得到等物质的量的四种氯代物且甲烷无剩余，则消耗氯气为 mol。 【答案】(1) CH3CH(OH)CH3 加聚反应 (2) A C (3)D (4)2.5 【详解】（1）①丙烯与的溶液发生加成反应生成1，2-二溴丙烷，反应的方程式为：或； ②不对称烯烃与水的加成反应主要发生马氏加成，即氢原子加在含氢较多的碳原子上，则水中的羟基会加成在上，则B的结构简式为：或； ③丙烯可以在催化剂作用下发生加聚反应生成高分子材料D，则D的结构简式为：。 （2）根据分析，制取采用的是固体加热，则制取装置选择：A；制取采用的是固体与液体加热，则制取装置选择：C。 （3）根据分析，和的混合气体在光照条件可以发生取代反应，且属于分步取代有产物后的多步同时进行的反应：甲烷和氯气在光照下反应生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和氯化氢，反应生成两种气体和三种液体，二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳是难溶于水的油状液体，有关叙述正确的是： A．反应生成的产物有4种，反应后试管内壁有油状液滴生成：按照所取气体的体积比，反应过程中生成4种有机取代产物和1种无机取代产物HCl共5种，A错误； B．一段时间后，饱和食盐水能充满整个试管：由于一氯甲烷为气体且取代很难进行得完全，故饱和食盐水不能充满整个试管，B错误； C．四氯甲烷俗称氯仿，是工业上重要的有机溶剂：氯仿是三氯甲烷，C错误； D．二氯甲烷没有同分异构体，所以甲烷为正四面体结构：如果二氯甲烷为平面结构，则存在2种结构：、，现在二氯甲烷没有同分异构体，说明二氯甲烷为四面体结构，则甲烷为正四面体结构，D正确； 故答案为：D。 （4）根据分析中和的取代反应方程式可知，若1mol甲烷恰好生成等物质的量的、、、四种产物，则它们各占0.25mol，由总取代程度可算出氯气耗量： 消耗0.25mol、消耗0.50 mol 、 消耗0.75 mol 、 消耗1.00 mol ， 最后合计消耗共。 6．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下图所示，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是 A．试管中CH4与Cl2物质的量之比为1：1，充分反应后主要生成的物质是CH3Cl B．反应完全后，饱和氯化钠溶液会充满试管 C．甲烷在光照下与氯气反应，其产物中二氯甲烷是正四面体结构 D．盛放饱和NaCl溶液的水槽底部可能会有少量晶体析出 【答案】D 【详解】A．CH4与Cl2以任意物质的量之比混合时，充分反应后都有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和HCl，故A错误； B．甲烷与氯气在光照条件下反应生成的一氯甲烷为不溶于水的气体，所以完全反应后液面上升，液体不会充满试管，故B错误； C．甲烷是正四面体结构，C-Cl键和C-H键的键长不同，二氯甲烷是四面体结构，不是正四面体，故C错误； D．甲烷与氯气在光照条件下反应生成的氯化氢气体溶于水使饱和氯化钠溶液中氯离子浓度增大，导致溶液中析出氯化钠晶体，故D正确； 故选D。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $