8.1 化石燃料与有机化合物 第1课时 同步练习 -2025-2026学年高一下学期化学苏教版必修第二册

**基本信息** 本同步练习按“必备知识基础”和“能力素养提升”分层，基础层夯实甲烷结构与性质等核心概念，能力层深化实验分析与原理探究，形成从基础到综合的知识巩固路径。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |必备知识基础|甲烷结构、性质、取代反应、基础实验|以选择为主，聚焦核心概念辨析（如正四面体结构证明），落实化学观念| |能力素养提升|实验现象综合、计算应用、反应机理|含实验分析（如氯代反应现象）、定量计算（氯气消耗量）及机理探究（链反应），培养科学思维与探究能力|

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 一、必备知识基础 1.下列关于甲烷结构的说法正确的是(　　) A.甲烷的分子式是CH4,5个原子共面 B.甲烷分子中,碳原子和氢原子形成4个完全相同的共价键 C.甲烷分子的空间结构是正方形 D.甲烷分子中C、H原子之间是离子键 2.下列事实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.CH3Cl只有一种结构 B.CH2Cl2只有一种结构 C.CHCl3只有一种结构 D.CCl4只有一种结构 3.下列关于甲烷的叙述中,错误的是(　　) A.通常情况下,甲烷与强酸、强碱、强氧化剂不反应 B.甲烷化学性质比较稳定,不能被任何氧化剂氧化 C.甲烷与氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4,都属于取代反应 D.甲烷与氯气反应生成的四种取代物都难溶于水 4.在光照条件下,将等物质的量的甲烷和氯气混合充分反应后,得到的产物物质的量最多的是(　　) A.CH3Cl B.CH2Cl2 C.CCl4 D.HCl 5.甲烷与氯气以物质的量之比1∶3混合,在光照下得到的产物:①CH3Cl　②CH2Cl2 ③CHCl3　④CCl4　⑤HCl,其中正确的是(　　) A.只有① B.只有② C.①②③的混合物 D.①②③④⑤的混合物 6.下列反应属于取代反应的是(　　) A.CH4C+2H2 B.2HI+Cl22HCl+I2 C.CH4+2O2CO2+2H2O D.CH4+Cl2CH3Cl+HCl 7.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下: (1)写出A装置中发生反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)B装置有三种功能:①控制气流速度;②　　　　　　;③　　　　　　　　。  (3)设V(Cl2)/V(CH4)=x,若理论上欲获得最多的氯化氢,则x值应　　　　　　　　。  (4)D装置的石棉中均匀混有KI粉末,其作用是　　　　　　　　　　　　　　。  (5)E装置的作用是　　　　(填字母)。  A.收集气体 B.吸收氯气 C.防止倒吸 D.吸收氯化氢 (6)在C装置中,经过一段时间的强光照射,发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生,写出生成黑色小颗粒的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  二、能力素养提升 8.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(　　) ①黄绿色逐渐消失　②试管壁上有油珠出现　③水位在试管内上升　④水槽内有少量晶体析出 A.①③ B.①②③ C.①②③④ D.②③④ 9.已知正四面体形分子E和直线形分子G反应,生成四面体形分子L和直线形分子M。(组成E分子的元素的原子序数小于10,组成G分子的元素为第三周期的元素)如下图,下列判断正确的是(　　) A.上述反应属于取代反应 B.E是一种无色油状液体 C.常温常压下,G是一种液态单质 D.L中含有离子键 10.一定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,当其缓慢经过无水氯化钙(足量)时,氯化钙质量增加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 11. 1 mol甲烷与一定量的氯气在光照条件下发生取代反应,若产生的四种取代物的物质的量相等,则反应消耗氯气的物质的量为(　　) A.2.5 mol B.4 mol C.5 mol D.6 mol 12.CH4在光照条件下与Cl2反应,可得到各种氯代甲烷。 (1)写出生成CH3Cl的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)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 Cl22Cl· Cl·+CH4·CH3+HCl ·CH3+Cl2CH3Cl+Cl· … 2Cl·Cl2 Cl·+·CH3 CH3Cl … ①写出由CH3Cl生成CH2Cl2过程中链传递的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　,　。  ②不同卤原子自由基(X·)均可夺取CH4中的H,反应通式:X·(g)+CH4(g)·CH3(g)+HX(g)。 已知:25 ℃、101 kPa时,断裂CH4中1 mol C—H键和HCl中1 mol H—Cl键分别需要吸收439 kJ和431 kJ的能量。 计算当X为Cl时,1 mol X·参与上述反应　　　　　(填“吸收”或“放出”)　　　　　　kJ能量。  ③探究光照对CH4与Cl2反应的影响,实验如下。 编号 操作 结果 A 将Cl2与CH4混合后,光照 得到氯代甲烷 B 将Cl2先用光照,然后迅速在黑暗中与CH4混合 得到氯代甲烷 C 将Cl2先用光照,然后在黑暗中放置一段时间,再与CH4混合 几乎无氯代甲烷 D 将CH4先用光照,然后迅速在黑暗中与Cl2混合 几乎无氯代甲烷 a.由B和D得出的结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  b.依据上述机理,解释C中几乎没有氯代甲烷的原因: 　　　　　　　　　。  (3)丙烷氯代反应中链传递的一步反应能量变化如下。 推知断裂—CH3中1 mol C—H键比断裂中1 mol C—H键所需能量　　(填“大”或“小”)。  参考答案 1.B　解析 甲烷的分子式是CH4,其空间结构为正四面体形,5个原子不可能共面,A、C错误;甲烷分子中,碳原子最外层的4个电子分别与4个氢原子的电子形成4个完全相同的共价键,B正确;甲烷分子中C、H原子之间是共价键,不是离子键,D错误。 2.B　解析 如果甲烷是平面正方形结构,CH2Cl2会有两种结构(相邻和相对),而CH2Cl2只有一种结构,说明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构,B正确;无论甲烷是平面结构还是正四面体结构,CH3Cl、CHCl3、CCl4都只有一种结构,A、C、D错误。 3.B　解析 通常情况下,甲烷性质稳定,与强酸、强碱、强氧化剂不反应,A正确;甲烷能在氧气中燃烧,能被氧气氧化,B错误;甲烷与氯气反应,是氯原子取代甲烷中的氢原子,生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4,都属于取代反应,C正确;甲烷与氯气反应生成的四种取代物都难溶于水,D正确。 4.D　解析 甲烷与氯气发生取代反应,每一步反应都会生成HCl,所以得到的产物中物质的量最多的是HCl,D正确。 5.D　解析 甲烷与氯气在光照下发生取代反应,无论物质的量之比是多少,反应都会生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和HCl,只是各产物的比例不同,所以得到的是①②③④⑤的混合物。 6.D　解析 A项是分解反应;B项是置换反应;C项是氧化反应;D项中甲烷分子中的氢原子被氯原子取代,属于取代反应。 7.答案 (1)MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O (2)使气体混合均匀　干燥混合气体 (3)大于或等于4 (4)吸收过量的氯气 (5)CD (6)CH4+2Cl2C+4HCl 解析 (1)A装置是制取氯气的装置,反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O。(2)B装置的作用有控制气流速度、使气体混合均匀、干燥混合气体。(3)甲烷与氯气发生取代反应,当甲烷中的氢原子全部被氯原子取代时生成的氯化氢最多,此时V(Cl2)/V(CH4)=4,所以x值应大于或等于4。(4)氯气能与KI反应,D装置中石棉混有KI粉末,其作用是吸收过量的氯气。(5)E装置用于吸收氯化氢,同时防止倒吸。(6)硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生,该黑色小颗粒是碳,反应的化学方程式为CH4+2Cl2C+4HCl。 8.C　解析 氯气与甲烷在光照条件下发生取代反应,氯气被消耗,黄绿色逐渐消失,①正确;反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳是油状液体,试管壁上有油珠出现,②正确;反应生成的HCl易溶于水,使试管内压强减小,水位在试管内上升,③正确;HCl溶于水后,饱和食盐水中氯离子浓度增大,有氯化钠晶体析出,④正确。 9.A　解析 根据题意和图示可知,该反应为甲烷和氯气的反应,属于取代反应,A正确;E(甲烷)是一种无色无味气体,B错误;常温常压下,G(氯气)是一种气态单质,C错误;L(一氯甲烷)中只含有共价键,D错误。 10.B　解析 无水氯化钙吸收水蒸气,氯化钙质量增加25.2 g,则水蒸气的质量为25.2 g,其物质的量为25.2 g÷18 g·mol-1=1.4 mol。根据氢原子守恒,甲烷的物质的量为0.7 mol。设CO、CO2的物质的量分别为x、y,则有x+y=0.7 mol,28 g·mol-1·x+44 g·mol-1·y+25.2 g=49.6 g,解得y=0.3 mol,所以CO2的质量为0.3 mol×44 g·mol-1=13.2 g。 11.A　解析 1 mol甲烷与氯气发生取代反应,产生的四种取代物(CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4)的物质的量相等,均为0.25 mol。根据取代反应的特点,每取代1 mol氢原子需要1 mol氯气,所以消耗氯气的物质的量为0.25 mol×(1+2+3+4)=2.5 mol,A正确。 12.答案 (1)CH4+Cl2CH3Cl+HCl　(2)①Cl·+CH3Cl·CH2Cl+HCl　·CH2Cl+Cl2CH2Cl2+Cl· ②吸收　8　③a.光照时发生链引发的物质是氯气而不是甲烷　b.黑暗中发生2Cl·Cl2,一段时间后体系中几乎无Cl·存在,无法进行链传递　(3)大 解析 (1)化学方程式见答案。 (2)①化学方程式见答案。②当X为Cl时,1 mol X·参与题述反应断裂1 mol C—H键吸收439 kJ的能量,生成1 mol H—Cl键放出431 kJ的能量,因此整个反应需要吸收能量439 kJ-431 kJ=8 kJ。③a.光照的对象为甲烷时反应不能进行,只有光照氯气才能发生反应,说明光照时发生链引发的物质是氯气而不是甲烷。b.将氯气先用光照,然后在黑暗中放置一段时间,再与甲烷混合几乎无氯代甲烷,说明黑暗中发生2Cl·Cl2,一段时间后体系中几乎无Cl·存在,无法进行链传递。 (3)图中上升段为断裂C—H键需要吸收的能量,由图可知,断裂—CH3中1 mol C—H键比断裂中1 mol C—H键所需能量大。 1 学科网（北京）股份有限公司 $