课时测评13 天然气的利用 甲烷-【金版新学案】2025-2026学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义配套练习word（苏教版）

课时测评13　天然气的利用　甲烷 (时间：45分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (1－11题，每小题3分，共33分) 题点1　甲烷的组成、结构与用途 1.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能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和相对大小，故甲烷分子的空间填充模型最能反映其真实状况。 2.(2025·上海师范大学附属中学月考)下列关于甲烷认识不正确的是(　　) A.碳元素的化合价为＋4 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 解析：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；甲烷容易燃烧，且产物没有污染，故最主要的用途是作清洁燃料，故B正确；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；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.下列关于甲烷的说法不正确的是(　　) A.甲烷分子的结构简式是CH4 B.甲烷分子中4个C—H键完全相同，且为平面正方形分子 C.甲烷分子中碳原子的最外层满足8电子稳定结构 D.甲烷为正四面体结构 答案：B 解析：CH4是甲烷的分子式，也是结构简式，A项正确；甲烷为正四面体结构，分子中4个C—H键完全相同，B项错误，D项正确；甲烷分子中碳原子最外层的4个电子分别与4个氢原子的核外电子形成4对共用电子对，所以其碳原子的最外层满足8电子稳定结构，C项正确。 4.为验证甲烷分子中含有碳、氢两种元素，可将其完全燃烧产物通入①浓硫酸、②澄清石灰水、③无水硫酸铜中。正确的试剂及检验顺序是(　　) A.①②③ B.②③ C.②③① D.③② 答案：D 解析：甲烷完全燃烧的产物为CO2和H2O，验证CO2用澄清石灰水，验证H2O用无水CuSO4。若先验证CO2则会带出水蒸气，干扰H2O的验证，因此应先验证H2O，再验证CO2。 题点2　甲烷的性质 5.(2024·浙江台金七校联盟期中)下列关于甲烷与氯气的反应表述正确的是(　　) A.该反应为置换反应 B.若Cl2过量，则有机产物仅为CCl4 C.若1 mol CH4生成等物质的量的四种有机产物则需消耗2.5 mol Cl2 D.反应条件是水浴加热 答案：C 解析：甲烷与氯气反应生成氯代甲烷和氯化氢，属于取代反应，A错误；即使氯气过量，有机产物仍为一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，B错误；得到n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)＝1∶1∶1∶1，根据碳原子守恒：n(CH3Cl)＋n(CH2Cl2)＋n(CHCl3)＋n(CCl4)＝1 mol，则n(CH3Cl)＝0.25 mol，n(CH2Cl2)＝0.25 mol，n(CHCl3)＝0.25 mol，n(CCl4)＝0.25 mol，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，一半氯原子反应生成HCl，故需要氯气的物质的量为0.25 mol×1＋0.25 mol×2＋0.25 mol×3＋0.25 mol×4＝2.5 mol，C正确；反应条件为光照，D错误。 6.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；水槽中有少量固体析出。 7.(2024·广东梅县东山中学月考)甲烷是天然气的主要成分，是一种高效的清洁能源。下列有关甲烷的说法正确的是(　　) ①甲烷是一种正四面体结构的分子，所以CH2Cl2只有一种结构 ②甲烷与氯气以物质的量之比为1∶1发生取代反应时，生成物只有CH3Cl和HCl ③0.5 mol CH4完全燃烧时消耗1 mol O2 ④1 mol CH4全部生成CCl4，消耗2 mol Cl2 A.①② B.①③ C.③④ D.②④ 答案：B 解析：①甲烷分子中C原子与4个H原子形成四个共价键，键角是109°28'，因此CH4分子是一种正四面体结构的分子，所以CH2Cl2只有一种结构，①正确；②取代反应是逐步进行的，因此物质的量1∶1的甲烷与氯气发生取代反应时，生成物不只有CH3Cl和HCl，生成的CH3Cl会进一步发生取代反应产生CH2Cl2、CHCl3、CCl4，且每一步取代反应都会产生HCl分子，②错误；③CH4完全燃烧的化学方程式为CH4＋2O2CO2＋2H2O，根据物质反应转化关系可知：0.5 mol甲烷完全燃烧时消耗氧气最多为1 mol，③正确；④甲烷与氯气发生取代反应，最终变为CCl4，同时还会生成HCl，根据取代反应的特点，可知1 mol甲烷全部生成CCl4，最多消耗4 mol氯气，④错误；故选B。 8.实验小组探究甲烷与氯气的取代反应，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.试管内液面上升至试管的；试管壁和液面上出现少量油状液滴 下列说法不正确的是(　　) A.饱和食盐水可以减少氯气的溶解 B.油状液滴的主要成分是一氯甲烷 C.产生白雾以及试管内液面上升证明有氯化氢生成 D.为了探究反应条件，可用黑色纸套套住装满甲烷和氯气的试管，一段时间后进行观察 答案：B 解析：Cl2溶于水形成盐酸与HClO，饱和食盐水中含大量的Cl－，可以抑制Cl2与水的反应，同时降低其在水中的溶解度，A项正确；出现的油状液滴为CH2Cl2、CHCl3、CCl4，CH3Cl在常温下为气体，B项错误；HCl易溶于水，在试管口形成白雾，Cl2与CH4反应生成HCl后试管内气体的压强减小，液面上升，C项正确；为了探究反应条件，可采用对照实验，比较光照和阴暗条件下反应情况，则可用黑色纸套套住装满Cl2与CH4的试管，一段时间后进行观察，D项正确。 题点3　取代反应 9.下列反应属于取代反应的是(　　) ①Zn＋2HClZnCl2＋H2↑ ②NaOH＋HClNaCl＋H2O ③CH3CH3＋2Br2CH2BrCH2Br＋2HBr ④CH2Cl2＋Br2CHBrCl2＋HBr A.②③ B.①③ C.②④ D.③④ 答案：D 解析：反应①属于置换反应；反应②属于复分解反应；反应③CH3CH3分子中的2个H原子被2个Br原子取代，该反应属于取代反应；反应④CH2Cl2分子中1个H原子被1个Br原子取代，该反应属于取代反应。 10.近期，我国科学家成功研制出天然气(主要成分为甲烷CH4)在液态锡催化作用下的高效制氢设备，该设备发生反应的微观原理如图所示，下列说法错误的是(　　) A.甲烷是由1个碳原子和4个氢分子构成 B.反应前后液态锡的质量和化学性质不变 C.该反应为分解反应 D.保持甲烷化学性质的最小粒子是甲烷分子 答案：A 解析：甲烷(CH4)是由1个碳原子和4个氢原子构成，A错误；由题干信息可知，液态锡是反应的催化剂，催化剂在反应前后质量和化学性质不发生变化，B正确；由图示可知：该反应甲烷在液态锡催化作用下生成碳和氢气，该反应是分解反应，C正确；甲烷保持化学性质的最小粒子是甲烷分子，D正确。 11.一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时，CaCl2增重25.2 g，则原混合气体中CO2的质量为(　　) A.12.5 g B.13.2 g C.19.7 g D.24.4 g 答案：B 解析： 12.(12分)如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲管中注入10 mL CH4，同温同压下乙管中注入50 mL Cl2，将乙管气体推入甲管中，并将该装置放在光亮处一段时间，气体在甲管中反应。 (1)下列是某同学预测的实验现象： ①气体最终变为无色；②实验过程中，甲管活塞向内移动；③甲管内壁有油珠附着；④产生火花。 其中正确的是　　　　(填序号)。 (2)甲管中发生化学反应的类型为　　　　。 (3)反应后，甲管中剩余气体能用下列试剂吸收的是　　　　(填字母)。 A.水 B.NaOH溶液 C.AgNO3溶液 D.饱和食盐水 (4)反应后，若将甲中的物质全部推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到　　　　　　　； 若再向其中滴入几滴紫色石蕊溶液，又观察到　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)②③　(2)取代反应　(3)B　(4)液体分为两层，产生白色沉淀　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，而甲中甲烷与氯气体积比为1∶5，说明氯气过量，反应后仍有氯气剩余，气体颜色不会变无色。该反应进行缓慢，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，甲管活塞向内移动。(2)甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代，故甲管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溶液反应生成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，若加入几滴紫色石蕊溶液，溶液会先变红后褪色。 13.(15分)为了探究甲烷与氧化剂的反应，某同学设计如图实验方案。已知碳化铝(Al4C3)与水反应生成氢氧化铝和甲烷。 实验现象：溴水不褪色，无水硫酸铜变蓝色，澄清石灰水变浑浊。 回答下列问题： (1)写出碳化铝与稀硫酸反应的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　。 (2)加入药品前，应先进行的一步操作是　　　　　　　。 (3)下列对实验中的有关现象与结论叙述都正确的是　　　　(填字母)。 A.甲烷不能与溴水反应，推知甲烷不能与卤素单质反应 B.酸性高锰酸钾溶液不褪色，结论是通常情况下甲烷不能与强氧化剂反应 C.硬质玻璃管中黑色粉末无颜色变化，结论是甲烷不与氧化铜反应 D.硬质玻璃管中黑色粉末变红色，推断氧化铜与甲烷反应只生成水和二氧化碳 (4)经测定，甲烷与氧化铜反应时消耗1 mol甲烷转移7 mol电子，写出实验时硬质玻璃管中发生反应的化学方程式：　　　　　　　。 (5)集气瓶中排水法收集到的气体是　　　　。 (6)甲烷是一种重要的化工原料和新型燃料。写出用氢氧化钾溶液作电解质溶液时甲烷燃料电池的负极反应式：　　　　　　　。 答案：(1)Al4C3＋6H2SO42Al2(SO4)3＋3CH4↑ (2)检查装置气密性　 (3)B　 (4)2CH4＋7CuO7Cu＋CO＋CO2＋4H2O (5)CH4、CO(写上CO2不算错) (6)CH4－8e－＋10OH－C＋7H2O 学科网（北京）股份有限公司 $