第01讲 取代反应的判断方法及计算规律（重难点讲义）化学苏教版必修第二册

第01讲 取代反应的判断方法及计算规律 1．理解取代反应的核心定义，掌握常见取代反应的反应类型，知道甲烷取代反应，会书写相应的化学方程式。 2．牢记取代反应的反应条件，理解反应条件对取代反应能否发生、产物种类的影响。 3．掌握取代反应相关计算的基础规律，卤代反应中消耗卤素单质的量 一、甲烷的取代反应 实验装置与操作 用排饱和食盐水法收集4/5体积的氯气和1/5体积的甲烷气体，用灯光照射瓶中的混合气体， 实验现象 集气瓶内壁有油状液体出现，瓶中有少量白雾，且瓶内液面上升，饱和食盐水中有固体析出 实验结论 CH4与Cl2需在光照时才能发生化学反应，有关化学方程式： CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl(一氯代物)，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl(二氯代物)， CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl(三氯代物)，CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl(四氯代物) 产物性质 水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均难溶于水 状态：常温下除CH3Cl是气体，其余三种均为油状液体 取代反应概念 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 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 提分速记 二、烷烃的取代反应 1．烷烃取代反应的连续性及化学方程式的书写 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 (1)在光照条件下，烷烃与Cl2、Br2等卤素单质的气体都可以发生取代反应，生成多种卤代产物和相应的卤化氢气体。CnH2n+2+X2CnH2n+1X+HX，CnH2n+1X可与X2继续发生取代反应。 (2)取代反应的特点是“一下一上，有出有进”，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。 2．计算关系 (1)碳元素守恒：n(CH4)＝n(CH3Cl)+n(CH2Cl2)+n(CHCl3)+n(CCl4) (2)氯元素特点：n(Cl2)＝n(HCl)＝n(CH3Cl)+2n(CH2Cl2)+3n(CHCl3)+4n(CCl4) 提分速记 准确理解烷烃与卤素单质反应的条件 题型01 取代反应的理解 【典例】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∶4混合时只生成CCl4 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CH2Cl2最多消耗1 mol氯气 【答案】C 【解析】甲烷与氯气发生取代反应生成的有机物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，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的量最多，B错误；1 mol甲烷生成CH2Cl2最多消耗2 mol氯气，D错误。 【变式】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。 题型02 取代反应的实验探究 【典例】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(如图)，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是( ) A．为加快化学反应速率，应在强光照射下完成 B．甲烷和Cl2反应后试管内壁的油状液滴包括CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 C．盛放饱和NaCl溶液的水槽底部可能会有少量晶体析出 D．CH4和Cl2完全反应后液面上升，液体充满试管 【答案】C 【解析】甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应，反应产物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳四种卤代烃，同时还有氯化氢生成，所以反应产物为混合物；卤代烃不溶于水中，因此在试管内壁有油状液滴出现，据此分析解题。A．甲烷和氯气发生取代反应，必须在光照条件下进行，强光照射会发生爆炸危险，A错误；B．常温下，CH3Cl是气体，试管内壁的油状液滴物包括CH2Cl2、CHCl3、CCl4，B错误；C．发生取代反应生成的HCl溶于氯化钠溶液后，能使氯化钠的溶解度降低，故能使饱和氯化钠溶液中有晶体析出，C正确；D．甲烷和氯气取代后生成的一氯甲烷为气体，其它有机产物均为液态，且生成的HCl溶于水，故此甲烷和氯气的反应为气体的物质的量减少的反应，故会导致液面上升，但液体不能充满整个试管，D错误；故答案为：C。 【变式】(2025·广东肇庆一模)利用如图所示装置进行Cl2的性质实验：打开K1、K2，一段时间后，装置b中溶液变蓝。将装置置于光亮处，关闭K2，打开K3，通入与CH4等体积的Cl2。下列说法正确的是( ) A．装置a中浓盐酸体现氧化性和酸性 B．装置中现象说明I-全部转化为I2 C．装置c中试管内壁上出现油滴，最终液体充满试管 D．反应结束后装置c的试管中最多有5种有机物 【答案】D 【解析】高锰酸钾与浓盐酸反应生成氯化钾、氯化锰、水和氯气。A项，装置a中浓盐酸与高锰酸钾反应，体现的是浓盐酸的还原性和酸性，A错误；B项，装置b中溶液变蓝，说明Cl2与I-发生了置换反应，但无法说明I-完全转化为I2，B错误；C项，装置c中，甲烷与氯气发生取代反应会生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，CH2Cl2、CHCl3、CCl4为有机液体，会看到试管内壁上出现油滴。CH4与Cl2是等体积混合的，反应后有剩余的CH4气体和生成的CH3Cl气体，且二者难溶于水，最终液体不会充满试管，C错误；D项，反应结束后，装置c的试管中最多会有CH4、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4这5种有机物，D正确；故选D。 题型03 取代反应的定量计算 【典例】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 【变式】在光照条件下，CH4与Br2能发生取代反应。若1molCH4与Br2反应，待反应完成后测得四种有机取代物的物质的量之比为n(CH3Br)∶n(CH2Br2)∶n(CHBr3)∶n(CBr4)＝1∶2∶3∶4，则消耗Br2的物质的量为( ) A．1.0mol B．2.0mol C．3.0mol D．4.0mol 题型04 取代反应的产物种类判断 【典例】下列烷烃在光照条件下与氯气反应，只生成一种一氯代物的是( ) A．CH3CH2CH2CH3 B． C． D． 【变式】下列烃在光照下与氯气反应，最多可生成三种一氯代物的是( ) A．2-甲基丁烷 B．2,2-二甲基丁烷 C．环戊烷() D．2-甲基戊烷 题型05 取代反应的反应机理分析 【典例】(2025·湖北襄阳高一期末)甲烷和氯气在光照条件下发生卤代反应，其反应机理如下： I．链引发 II．链传递 III．链终止 ① Cl2 2Cl∙ ②Cl∙ + CH4 → CH3∙ + HCl ③CH3∙ + Cl2 → Cl∙ + CH3Cl …… 2Cl∙ → Cl2 CH3∙ + Cl∙ → CH3Cl …… 反应②与反应③过程中能量变化如图： 下列说法正确的是( ) A．反应②和反应③均有非极性键的断裂与极性键的形成 B．1 mol CH4和1 mol Cl∙ 的总能量高于1 mol CH3∙和1 mol HCl的总能量 C．拆开1 mol Cl─Cl键吸收的能量比形成1 mol CH3Cl中C─Cl键放出的能量多 D．有可能生成极少量的乙烷和1，2-二氯乙烷等产物 【变式】(2025·江苏泰州高一期末)烷烃(以甲烷为例)在光照条件下发生卤代反应，原理如题图1所示： 已知：自由基中间产物越稳定，产物选择性越高。某研究人员研究了异丁烷发生溴代反应生成一溴代物的比例，结果如题图2。下列说法正确的是( ) A．异丁烷的二溴代物有4种 B．丙烷在光照条件下发生溴代反应，生成的一溴代物中，1-溴丙烷含量更高 C．反应过程中异丁烷形成的自由基比稳定 D．光照条件下卤素单质分子中化学键断裂是引发卤代反应的关键步骤 【巩固训练】 1．下列化学反应中不属于取代反应的是( ) A．CH3CH2Cl＋Cl2CH3CHCl2＋HCl B．CH3OH＋HClCH3Cl＋H2O C．2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑ D．CH3-CH2-Br＋NaOHCH3-CH2-OH＋NaBr 2．1 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 3．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．Cl2与CH4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CH4全部转化为CCl4 D．若用铝箔套住试管，光照一段时间后试管中无明显变化 4．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CH4和半试管Cl2，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．CH4和Cl2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．CH4和Cl2反应后试管内壁的油状液滴只有CHCl3和CCl4 5．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CH4和Cl2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Cl2反应后试管内壁的油状液滴含有CH2Cl2、CHCl3、CCl4 D．若1molCH4与足量Cl2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Cl2的物质的量为2.5mol 6．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 7．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．CH4和Cl2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Cl2反应后试管内壁的油状液滴含有CH2Cl2、CHCl3、CCl4 D．若1molCH4与足量Cl2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Cl2的物质的量为2.5mol 8．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甲烷和Cl2，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CCl4 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 9．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 10．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。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。 (1)CH4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 。 【强化训练】 1．(2025·广东高一期中)某同学利用如图所示装置探究CH4与Cl2的反应，打开K1、K2，将引流袋中气体挤入形管，然后打开白炽灯。下列说法不正确的是 A．U形管中饱和食盐水可以减小Cl2溶解对实验的干扰 B．U形管内会有油状液体生成 C．注射器内的NaOH溶液可除去未反应完的Cl2 D．生成CH3Cl的化学方程式为2CH4+Cl22CH3Cl+H2 2．(2025·河南高一月考)氯气与甲烷发生取代反应(部分过程)的能量变化如下图所示。下列说法错误的是( ) A．②→③过程的方程式为 B．由图像可知，Cl—Cl的键能为 C．图中所示甲烷与氯气发生的光照取代为放热反应 D．乙烷也可以和氯气发生取代反应 3．如图所示，U形管的左端用橡胶塞封闭，充有甲烷和氯气(体积比为1：4)的混合气体，假定氯气在水中的溶解可以忽略不计。将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有漫射光的地方让混合气体缓慢反应一段时间。 (1)假设甲烷与氯气完全反应且只生成一种有机物，写出反应的化学方程式 。 (2)该反应的反应类型为 (3)经过几个小时的反应，U形管右端的水面变化是 。 A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定 (4)右端玻璃管的作用是 。 (5)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到现象是 。 (6)若水中含有AgNO3，则水中反应离子方程式 (7)若题目中甲烷与氯气的体积比为1∶1，则得到的产物为 (填字母)。 A．CH3Cl、HCl B．CCl4、HCl C．CH3Cl、CH2Cl2 D．CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl (8)若把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中，将此试管倒立在盛有饱和食盐水的水槽里，放在光亮处，试推测可观察到的现象是 (填字母) ①黄绿色逐渐消失　 ②试管壁上有黄色油珠出现　③水位在试管内上升到一定高度 ④水槽内有少量晶体析出 ⑤液面上有白雾 A．①③ B．①②③ C．①②③④⑤ D．①②④⑤ 4．(2026·浙江大学附中高一期中)烷烃化学性质 通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂不反应。但一定条件下可燃烧，在较高温度下会发生分解，与氯气等发生取代反应。 (1)烷烃的燃烧通式为 。 (2)以甲烷为例探究烷烃的取代反应 实验装置 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，且试管内液面 ，水槽内有固体析出；B装置： 实验结论 与需要 时才能发生化学反应，有关化学方程式： (一氯代物)， (二氯代物)， (三氯代物)， (四氯代物)。 产物性质 水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均 溶于水。 状态：常温下除 是气体，其余三种均为液体。 取代反应概念 有机物分子里的某些原子或原子团被其他 所替代的反应。 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：①CH4： (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：、 。 9 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第01讲 取代反应的判断方法及计算规律 1．理解取代反应的核心定义，掌握常见取代反应的反应类型，知道甲烷取代反应，会书写相应的化学方程式。 2．牢记取代反应的反应条件，理解反应条件对取代反应能否发生、产物种类的影响。 3．掌握取代反应相关计算的基础规律，卤代反应中消耗卤素单质的量 一、甲烷的取代反应 实验装置与操作 用排饱和食盐水法收集4/5体积的氯气和1/5体积的甲烷气体，用灯光照射瓶中的混合气体， 实验现象 集气瓶内壁有油状液体出现，瓶中有少量白雾，且瓶内液面上升，饱和食盐水中有固体析出 实验结论 CH4与Cl2需在光照时才能发生化学反应，有关化学方程式： CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl(一氯代物)，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl(二氯代物)， CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl(三氯代物)，CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl(四氯代物) 产物性质 水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均难溶于水 状态：常温下除CH3Cl是气体，其余三种均为油状液体 取代反应概念 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 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 提分速记 二、烷烃的取代反应 1．烷烃取代反应的连续性及化学方程式的书写 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 (1)在光照条件下，烷烃与Cl2、Br2等卤素单质的气体都可以发生取代反应，生成多种卤代产物和相应的卤化氢气体。CnH2n+2+X2CnH2n+1X+HX，CnH2n+1X可与X2继续发生取代反应。 (2)取代反应的特点是“一下一上，有出有进”，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。 2．计算关系 (1)碳元素守恒：n(CH4)＝n(CH3Cl)+n(CH2Cl2)+n(CHCl3)+n(CCl4) (2)氯元素特点：n(Cl2)＝n(HCl)＝n(CH3Cl)+2n(CH2Cl2)+3n(CHCl3)+4n(CCl4) 提分速记 准确理解烷烃与卤素单质反应的条件 题型01 取代反应的理解 【典例】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∶4混合时只生成CCl4 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CH2Cl2最多消耗1 mol氯气 【答案】C 【解析】甲烷与氯气发生取代反应生成的有机物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，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的量最多，B错误；1 mol甲烷生成CH2Cl2最多消耗2 mol氯气，D错误。 【变式】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。 题型02 取代反应的实验探究 【典例】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(如图)，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是( ) A．为加快化学反应速率，应在强光照射下完成 B．甲烷和Cl2反应后试管内壁的油状液滴包括CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 C．盛放饱和NaCl溶液的水槽底部可能会有少量晶体析出 D．CH4和Cl2完全反应后液面上升，液体充满试管 【答案】C 【解析】甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应，反应产物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳四种卤代烃，同时还有氯化氢生成，所以反应产物为混合物；卤代烃不溶于水中，因此在试管内壁有油状液滴出现，据此分析解题。A．甲烷和氯气发生取代反应，必须在光照条件下进行，强光照射会发生爆炸危险，A错误；B．常温下，CH3Cl是气体，试管内壁的油状液滴物包括CH2Cl2、CHCl3、CCl4，B错误；C．发生取代反应生成的HCl溶于氯化钠溶液后，能使氯化钠的溶解度降低，故能使饱和氯化钠溶液中有晶体析出，C正确；D．甲烷和氯气取代后生成的一氯甲烷为气体，其它有机产物均为液态，且生成的HCl溶于水，故此甲烷和氯气的反应为气体的物质的量减少的反应，故会导致液面上升，但液体不能充满整个试管，D错误；故答案为：C。 【变式】(2025·广东肇庆一模)利用如图所示装置进行Cl2的性质实验：打开K1、K2，一段时间后，装置b中溶液变蓝。将装置置于光亮处，关闭K2，打开K3，通入与CH4等体积的Cl2。下列说法正确的是( ) A．装置a中浓盐酸体现氧化性和酸性 B．装置中现象说明I-全部转化为I2 C．装置c中试管内壁上出现油滴，最终液体充满试管 D．反应结束后装置c的试管中最多有5种有机物 【答案】D 【解析】高锰酸钾与浓盐酸反应生成氯化钾、氯化锰、水和氯气。A项，装置a中浓盐酸与高锰酸钾反应，体现的是浓盐酸的还原性和酸性，A错误；B项，装置b中溶液变蓝，说明Cl2与I-发生了置换反应，但无法说明I-完全转化为I2，B错误；C项，装置c中，甲烷与氯气发生取代反应会生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，CH2Cl2、CHCl3、CCl4为有机液体，会看到试管内壁上出现油滴。CH4与Cl2是等体积混合的，反应后有剩余的CH4气体和生成的CH3Cl气体，且二者难溶于水，最终液体不会充满试管，C错误；D项，反应结束后，装置c的试管中最多会有CH4、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4这5种有机物，D正确；故选D。 题型03 取代反应的定量计算 【典例】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。 【变式】在光照条件下，CH4与Br2能发生取代反应。若1molCH4与Br2反应，待反应完成后测得四种有机取代物的物质的量之比为n(CH3Br)∶n(CH2Br2)∶n(CHBr3)∶n(CBr4)＝1∶2∶3∶4，则消耗Br2的物质的量为( ) A．1.0mol B．2.0mol C．3.0mol D．4.0mol 【答案】C 【解析】在光照条件下，CH4与Br2发生取代反应时，生成1molCH3Br消耗1molBr2；生成1molCH2Br2消耗2molBr2；生成1molCHBr3消耗3molBr2；生成1molCBr4，消耗4molBr2。四种有机取代物的物质的量之比为n(CH3Br)∶n(CH2Br2)∶n(CHBr3)∶n(CBr4)＝1∶2∶3∶4，根据碳元素守恒，生成四种有机取代物的物质的量n(CH3Br)、n(CH2Br2)、n(CHBr3)、n(CBr4)分别是0.1mol、0.2mol、0.3mol、0.4mol，消耗的Br2为0.1mol+2×0.2mol+3×0.3mol+4×0.4mol＝3.0mol。 题型04 取代反应的产物种类判断 【典例】下列烷烃在光照条件下与氯气反应，只生成一种一氯代物的是( ) A．CH3CH2CH2CH3 B． C． D． 【答案】C 【解析】A项，分子中有2种类型的氢原子，一氯代物有2种；B项，分子中有2种类型的氢原子，一氯代物有2种；C项，分子中6个甲基类型相同，氢原子只有1种类型，故一氯代物有1种；D项，分子中有4种类型的氢原子，一氯代物有4种。 【变式】下列烃在光照下与氯气反应，最多可生成三种一氯代物的是( ) A．2-甲基丁烷 B．2,2-二甲基丁烷 C．环戊烷() D．2-甲基戊烷 【答案】B 【解析】A项，2-甲基丁烷分子中含有4种氢原子，则在光照下与氯气反应，最多可生成四种一氯代物，A不合题意；B项，2,2-二甲基丁烷分子内含有3种氢原子，则一氯代物只有三种，B符合题意；C项，环戊烷()分子内只有1种氢原子，则一氯代物只有一种，C不合题意；D项，2-甲基戊烷分子内含有5种氢原子，则一氯代物只有五种，D不合题意；故选B。 题型05 取代反应的反应机理分析 【典例】(2025·湖北襄阳高一期末)甲烷和氯气在光照条件下发生卤代反应，其反应机理如下： I．链引发 II．链传递 III．链终止 ① Cl2 2Cl∙ ②Cl∙ + CH4 → CH3∙ + HCl ③CH3∙ + Cl2 → Cl∙ + CH3Cl …… 2Cl∙ → Cl2 CH3∙ + Cl∙ → CH3Cl …… 反应②与反应③过程中能量变化如图： 下列说法正确的是( ) A．反应②和反应③均有非极性键的断裂与极性键的形成 B．1 mol CH4和1 mol Cl∙ 的总能量高于1 mol CH3∙和1 mol HCl的总能量 C．拆开1 mol Cl─Cl键吸收的能量比形成1 mol CH3Cl中C─Cl键放出的能量多 D．有可能生成极少量的乙烷和1，2-二氯乙烷等产物 【答案】D 【解析】A项，反应②断裂的是C─H极性键，形成H─Cl极性键，有极性键的断裂和形成，反应③断裂Cl─Cl非极性键，形成C─Cl极性键，有非极性键的断裂和极性键的形成，A项错误；B项，由图知反应②中1 mol CH4和1 mol Cl∙ 的总能量低于1 mol CH3∙ 和 1 mol HCl的总能量，B项错误；C项，由图知反应③为放热反应，拆开1 mol Cl2中化学键吸收的能量比形成1 mol CH3Cl中C─Cl键放出的能量少，C项错误；D项，自由基之间可能结合生成副产物2CH3∙ → CH3CH3，CH3Cl→CH2Cl2的链传递方程式为CH3Cl + Cl∙ → ∙CH2Cl + HCl 、∙CH2Cl + Cl2→CH2Cl2 + Cl∙，2∙CH2Cl → CH2ClCH2Cl等，有可能生成极少量的乙烷和1,2-二氯乙烷等产物，D项正确；答案选D。 【变式】(2025·江苏泰州高一期末)烷烃(以甲烷为例)在光照条件下发生卤代反应，原理如题图1所示： 已知：自由基中间产物越稳定，产物选择性越高。某研究人员研究了异丁烷发生溴代反应生成一溴代物的比例，结果如题图2。下列说法正确的是( ) A．异丁烷的二溴代物有4种 B．丙烷在光照条件下发生溴代反应，生成的一溴代物中，1-溴丙烷含量更高 C．反应过程中异丁烷形成的自由基比稳定 D．光照条件下卤素单质分子中化学键断裂是引发卤代反应的关键步骤 【答案】D 【解析】A项，异丁烷的二溴代物有、、，共三种，故A错误；B项，根据异丁烷发生溴代反应生成一溴代物的比例，丙烷在光照条件下发生溴代反应，生成的一溴代物中，2-溴丙烷含量更高，故B错误；C项，反应过程中异丁烷形成的自由基比稳定，故C错误；D项，根据在烷烃光照条件下发生卤代反应的机理图，光照条件下卤素单质分子中化学键断裂是引发卤代反应的关键步骤，故D正确；故选D。 【巩固训练】 1．下列化学反应中不属于取代反应的是( ) A．CH3CH2Cl＋Cl2CH3CHCl2＋HCl B．CH3OH＋HClCH3Cl＋H2O C．2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑ D．CH3-CH2-Br＋NaOHCH3-CH2-OH＋NaBr 【答案】C 【解析】A项，CH3CH2Cl中的H原子被Cl原子取代生成CH3CHCl2，属于取代反应，A错误；B项，CH3OH中的-OH被Cl原子取代生成CH3Cl，属于取代反应，B错误；C项，该反应为置换反应，不是取代反应，C正确；D项，CH3-CH2-Br中的Br原子被-OH取代生成CH3-CH2-OH，属于取代反应，D错误；故选C。 2．1 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。 3．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．Cl2与CH4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CH4全部转化为CCl4 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 【解析】A项，根据分析，Cl2与CH4发生了取代反应，A正确；B项，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项，CH2Cl2、CHCl3、CCl4都是油状液体，出现油状液滴，不能说明CH4全部转化为CCl4，C错误；D项，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。 4．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CH4和半试管Cl2，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．CH4和Cl2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．CH4和Cl2反应后试管内壁的油状液滴只有CHCl3和CCl4 【答案】B 【解析】A项，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项，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项，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CCl4，C错误；D项，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CH2Cl2、CHCl3和CCl4，D错误； 故选B。 5．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CH4和Cl2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Cl2反应后试管内壁的油状液滴含有CH2Cl2、CHCl3、CCl4 D．若1molCH4与足量Cl2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Cl2的物质的量为2.5mol 【答案】B 【解析】A项，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项，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项，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项，1molCH4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。 6．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。 7．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．CH4和Cl2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Cl2反应后试管内壁的油状液滴含有CH2Cl2、CHCl3、CCl4 D．若1molCH4与足量Cl2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Cl2的物质的量为2.5mol 【答案】B 【解析】A项，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项，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项，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项，1molCH4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，0.25molCH3Cl、0.25mol CH2Cl2、0.25mol CHCl3、0.25mol CCl4，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。 8．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甲烷和Cl2，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CCl4 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 【解析】A项，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项，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项，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项，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。 9．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 【解析】A项，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项，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项，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项，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。 10．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。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。 (1)CH4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)CH4+Cl2CH3Cl+HCl (2)红色 (3)CH2Cl2、CHCl3、CCl4 2：5 (4)HCl (5)CH4+2Cl2C+4HCl 【解析】(1)CH4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)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； (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。 【强化训练】 1．(2025·广东高一期中)某同学利用如图所示装置探究CH4与Cl2的反应，打开K1、K2，将引流袋中气体挤入形管，然后打开白炽灯。下列说法不正确的是 A．U形管中饱和食盐水可以减小Cl2溶解对实验的干扰 B．U形管内会有油状液体生成 C．注射器内的NaOH溶液可除去未反应完的Cl2 D．生成CH3Cl的化学方程式为2CH4+Cl22CH3Cl+H2 【答案】D 【解析】A项，Cl2几乎不溶于饱和食盐水，饱和食盐水能降低Cl2在水中的溶解度，减小Cl2溶解对实验的干扰，A正确；B项，甲烷和氯气在光照下发生取代反应生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为不溶于水的油状液体，B正确；C项，多余的Cl2会污染环境，可用NaOH溶液除去，二者反应的方程式为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，C正确；D项，甲烷和氯气反应生成CH3Cl的化学方程式应为CH4+Cl2CH3Cl+HCl，D错误；故选D。 2．(2025·河南高一月考)氯气与甲烷发生取代反应(部分过程)的能量变化如下图所示。下列说法错误的是( ) A．②→③过程的方程式为 B．由图像可知，Cl—Cl的键能为 C．图中所示甲烷与氯气发生的光照取代为放热反应 D．乙烷也可以和氯气发生取代反应 【答案】B 【解析】根据图像可得，①→②过程为， 断键吸收能量；②→③过程的方程式为，断裂C—H键并形成 H—Cl键共吸收，③→④过程的方程式为 ，形成C—Cl键释放能量；A项，②→③过程的方程式为 ，故A 正确；B项，由图像可知，Cl—Cl的键能为 ，故B错误；C项，由图像可知，甲烷与氯气发生的光照取代为放热反应，故C正确；D项，光照取代反应是烷烃的特征反应，所以乙烷也可与氯气发生取代反应，故D正确；选B。 3．如图所示，U形管的左端用橡胶塞封闭，充有甲烷和氯气(体积比为1：4)的混合气体，假定氯气在水中的溶解可以忽略不计。将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有漫射光的地方让混合气体缓慢反应一段时间。 (1)假设甲烷与氯气完全反应且只生成一种有机物，写出反应的化学方程式 。 (2)该反应的反应类型为 (3)经过几个小时的反应，U形管右端的水面变化是 。 A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定 (4)右端玻璃管的作用是 。 (5)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到现象是 。 (6)若水中含有AgNO3，则水中反应离子方程式 (7)若题目中甲烷与氯气的体积比为1∶1，则得到的产物为 (填字母)。 A．CH3Cl、HCl B．CCl4、HCl C．CH3Cl、CH2Cl2 D．CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl (8)若把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入大试管中，将此试管倒立在盛有饱和食盐水的水槽里，放在光亮处，试推测可观察到的现象是 (填字母) ①黄绿色逐渐消失　 ②试管壁上有黄色油珠出现　③水位在试管内上升到一定高度 ④水槽内有少量晶体析出 ⑤液面上有白雾 A．①③ B．①②③ C．①②③④⑤ D．①②④⑤ 【答案】(1)CH4+4Cl2CCl4+4HCl (2)取代反应 (3)B (4)平衡压强 (5)有白色胶状沉淀生成 (6)Ag++ Cl-= AgCl↓ (7)D (8)C 【解析】(1)甲烷和氯气体积比为1：4，说明氯气足量，可以取代甲烷中所有的氢原子，假设完全反应，且只有一种有机物，只能是CCl4，反应的化学方程式为CH4+4Cl2CCl4+4HCl； (2)甲烷在光照条件下被氯气逐步取代为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，所以反应类型是取代反应； (3)经过几小时反应后，消耗氯气，反应混合物的物质的量减少，且生成的氯化氢易溶于水，所以压强减少，U形管右端的玻璃管中水柱降低，故答案为B (4)左端是封闭体系，有气体存在，故右端玻璃管的作用是平衡压强； (5)因为甲烷和氯气发生取代反应，产物中有氯化氢，氯化氢极易溶于水，使溶液呈酸性，若水中含有硅酸钠，，所以在U形管左端会看到有白色胶状沉淀生成； (6)由(5)知，溶液中有HCl，电离出H+和Cl-，水中的AgNO3会电离出Ag+，会发生反应Ag++Cl-=AgCl↓； (7)甲烷和氯气的取代反应是有机反应，反应是逐步进行的，即使是甲烷和氯气1：1混合，也会所有反应都进行，所以产物中有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，所以答案选D； (8)①氯气是黄绿色气体，生成物一氯甲烷，二氯甲烷，三氯甲烷，四氯化碳和氯化氢都是无色气体，随反应进行，气体颜色变浅直至消失，所以此项正确；②二氯甲烷，三氯甲烷，四氯化碳都是液态有机物，氯气是黄绿色，易溶于有机物，所以试管壁上会有黄色油珠，所以此项正确；③反应产物中有氯化氢，极易溶于水，导致试管内压强减小，水进入试管，水位上升，但生成的一氯甲烷为气体，难溶于水，溶液不会充满试管，只能上升到一定高度，所以此项正确；④生成物氯化氢易溶于水，使溶液中氯离子浓度增大，导致有氯化钠固体析出，水槽内有少量晶体析出，所以此项正确；⑤生成物中的氯化氢极易溶于水，遇水蒸气会出现白雾，所以此项正确；综上，①②③④⑤均正确，故C。 4．(2026·浙江大学附中高一期中)烷烃化学性质 通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱或高锰酸钾等强氧化剂不反应。但一定条件下可燃烧，在较高温度下会发生分解，与氯气等发生取代反应。 (1)烷烃的燃烧通式为 。 (2)以甲烷为例探究烷烃的取代反应 实验装置 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，且试管内液面 ，水槽内有固体析出；B装置： 实验结论 与需要 时才能发生化学反应，有关化学方程式： (一氯代物)， (二氯代物)， (三氯代物)， (四氯代物)。 产物性质 水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均 溶于水。 状态：常温下除 是气体，其余三种均为液体。 取代反应概念 有机物分子里的某些原子或原子团被其他 所替代的反应。 【答案】(1) nCO2+(n+1)H2O (2) 变浅 油状液体 上升 无明显现象 光照 难 CH3Cl 原子或原子团 【解析】(1)烷烃的燃烧是和氧气反应生成二氧化碳和水，通式为，故选：；； (2)氯气为黄绿色气体，甲烷和氯气的取代反应为在光照条件下进行的，生成氯代烃和氯化氢，氯化氢和水容易形成酸雾；A装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液体出现，试管中有少量白雾，且试管内液面上升，水槽内有固体析出；B装置：没有光照，反应不能进行，无明显现象；对比实验AB可知，CH4与Cl2需在光照时才能发生化学反应；反应中生成物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为有机物，均难溶于水；生成物中常温下除CH3Cl是气体，其余三种均为液体；取代反应为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。 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：①CH4： (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) 【解析】(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Cl2，即固体与液体加热制备气体，则制备Cl2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项，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项，三氯甲烷俗称氯仿，是工业上重要的有机溶剂，B错误；C项，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项，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：、。 9 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $