人教版必修2第3章第1节最简单的有机化合物——甲烷第1课时作业

第一课时 1.“可燃冰”是海底蕴藏的资源之一,其主要成分是甲烷。以下是甲烷在空气中燃烧的微观过 程模拟图,符合该反应微观过程先后顺序的选项是 ( ) A.②③① B.①③② C.③②① D.②①③ 解析：选 D。甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水,该过程中首先是分子状态的甲烷和氧气(图 ②),然后化学键断裂形成原子(图①),最后原子重新组合得到二氧化碳和水(图③)。 2.天然气的主要成分为 CH4,CH4 属于 ( ) A.无机物 B.有机物 C.氧化物 D.单质 解析：选 B。有机物是含有碳元素的化合物,但含有碳元素的化合物不一定是有机物,如 CO2。 碳氢化合物都属于有机物,甲烷是最简单的碳氢化合物。 3.二氟甲烷是性能优异的环保产品,用作空调、冰箱等中的制冷剂。判断二氟甲烷的结构简式 ( ) A.有 4 种 B.有 3 种 C.只有 1 种 D.有 2 种 解析：选 C。由于甲烷是正四面体结构,所以其中的任何两个 H 原子被 F 原子取代,产物的结 构都是相同的。因此二氟甲烷的结构简式只有一种。 4.下列关于甲烷的叙述正确的是 ( ) A.甲烷是天然气、煤矿坑道气的主要成分,在煤矿中,闻到甲烷的气味就快速撤离 B.甲烷可以与氯气发生取代反应,因此可以使氯水褪色 C.甲烷能够燃烧,在一定条件下会发生爆炸,因此是矿井安全的重要威胁之一 D.将甲烷与氯气按 1∶1 体积比混合,光照条件下就可得到比较纯净的 CH3Cl 解析：选 C。甲烷气体无色无味,A 错误;甲烷能与干燥的氯气在光照条件下发生取代,但与氯 水不反应,B 错误;甲烷与氯气的取代反应无论量多少,生成物都是混合物,D 错误。 5.将标准状况下的 11.2 L 甲烷和 22.4 L 氧气混合点燃,恢复到原状况后,气体的体积为 ( ) A.11.2 L B.22.4 L C.33.6 L D.44.8 L 解析：选 A。CH4+2O2 CO2+2H2O,因 11.2 L 甲烷与 22.4 L 氧气恰好完全反应生成 11.2 L 的 CO2 气体,此时 H2O 不是气体,故选 A。 6.如图所示,一端封闭的 U 形管,封闭着的一端有一段 CH4 和 Cl2 的混合气体,在水平部分有一 段气柱,其他两段为液体,已知液体与气体不反应,使 CH4 和 Cl2 在一定的光照下缓慢反应,则中 间气柱的位置和长度的变化情况是(假设中间气柱未移出 U 形管的水平部分) ( ) A.左移,变长 B.左移,变短 C.不变,变长 D.左移,不变 解析：选 A。CH4 和 Cl2 在光照下缓慢反应生成了液态的 CH2Cl2、CHCl3 和 CCl4,使得气体总的物 质的量减少,U 形管左侧气体总体积减小,压强减小,则右侧液面下降,气柱左移;中间气柱的压 强减小,由于气体的物质的量不变,体积应增大,则长度变大,故选 A。 7.下列说法正确的是 ( ) A.甲烷分子的比例模型为 ,其二氯取代物有 2 种结构 B.甲烷分子的球棍模型为 C.天然气不属于可再生能源 D.标准状况下,11.2 L CCl4 中含有 C—Cl 键的数目为 2NA 解析：选 C。甲烷分子的比例模型为 ,其二氯取代物有 1 种结构,所以 A 项和 B 项均错误; 天然气为化石燃料,属于不可再生能源,C 项正确;标准状况下,CCl4 是液态不是气态,所以 11.2 L CCl4 的物质的量不是 0.5 mol,D 错误。 8.鉴别甲烷、一氧化碳和氢气等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 将气体通入无水硫酸铜中 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 解析：选 C。三者与溴水、澄清石灰水均不反应,故 A 错误;点燃,燃烧产物使无水硫酸铜由白 色变成蓝色,则说明原气体中含有氢元素,甲烷和氢气中均含有氢元素,不能鉴别,故 B 错误; 点燃,燃烧产物用干冷烧杯可以检验出是否生成水,从而确定原气体是否含有氢元素;用涂有 澄清石灰水的烧杯可检验出是否生成 CO2,从而确定原气体中是否含有碳元素,从而区分鉴别 出三者,故 C 正确;点燃,燃烧产物通入罩上涂有澄清石灰水的烧杯,只能检验出是否生成 CO2, 无法判断甲烷和 CO,D 错误。 9.把纯净的甲烷和氯气混合在集气瓶中,用塑料片盖好,放在光亮的地方,片刻后,下列有关说 法不正确的是 ( ) A.瓶内气体的压强不变 B.瓶内气体颜色逐渐变浅 C.产物为 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4 和 HCl D.将蘸有浓氨水的玻璃棒伸入瓶内会出现白烟 解析：选 A。甲烷与氯气反应是气体的物质的量减小的反应,故反应后瓶内气体压强变小,故 A 错误;氯气为黄绿色气体,在反应中被消耗,而生成的有机产物和 HCl 均无色,故气体颜色变浅, 故 B 正确;甲烷可以发生一氯取代、二氯取代、三氯取代和四氯取代,故产物为 CH3Cl、CH2Cl2、 CHCl3、CCl4 和 HCl,故 C 正确;甲烷的取代反应有 HCl 气体生成,能和浓氨水挥发出的氨气发生 化合反应生成氯化铵固体,表现为有白烟生成,故 D 正确。 10. 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 分子的元素原子序数均小于 10,组成 G 分子的元素为第 3 周期的元素)。如图所示,则 下列判断中正确的是 ( ) A.常温常压下,L 是一种液态有机物 B.E 的二溴代物只有一种结构 C.G 具有强氧化性和漂白性 D.上述反应不属于取代反应 解析：选 B。本题考查甲烷和氯气的反应,E 是甲烷;G 是直线形分子,组成 G 分子的元素为第 3 周期的元素,且 G 是双原子分子,所以 G 是 Cl2,该反应是甲烷和氯气发生取代反应生成一氯甲 烷和氯化氢,即 L 是一氯甲烷,M 是氯化氢。常温常压下,一氯甲烷是气体,但二氯甲烷、三氯 甲烷和四氯化碳是液体,故 A 错误;甲烷是正四面体结构,甲烷的二溴代物只有一种结构,故 B 正确;氯气有强氧化性,但是没有漂白性,次氯酸有漂白性,故 C 错误;甲烷中的氢原子被氯原 子取代生成一氯甲烷,属于取代反应,故 D 错误。 11.一定体积的甲烷在一定量 O2 中燃烧后得到的产物为 CO、CO2 和水蒸气,测得混合气体的质 量为 49.6 g,将混合气体缓慢通过无水 CaCl2 时,CaCl2 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 解析：选 B。无水 CaCl2 吸收水蒸气,生成 H2O 25.2 g,即生成 1.4 mol H2O;根据氢原子守恒, 可得 CH4 为 0.7 mol;再根据碳原子守恒,可得 CO 和 CO2 共 0.7 mol,可得 44 g·mol-1×n(CO2)+28 g·mol-1×[0.7 mol-n(CO2)]=49.6 g-25.2 g,可得 n(CO2)=0.3 mol,m(CO2)=13.2 g。 12. 有机物分子里的某些原子(或原子团)被其他原子(或原子团)所替代的反应叫取代反应。 下列化学反应中不属于取代反应的是 ( ) A.CH2Cl2+Br2 CHBrCl2+HBr B.CH3OH+HCl CH3Cl+H2O C.2Na+2H2O 2NaOH+H2↑ D.CH3—CH2—Br+H2O CH3—CH2—OH+HBr 解析：选 C。取代反应是指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。C 项中的反应为置换反应,不是有机反应,更不是取代反应。 13.某兴趣小组用如图装置探究甲烷与氯气反应同时收集副产品盐酸,下列说法正确的是 ( ) A.浓硫酸在整套装置中的作用是干燥气体 B.采用 200 mL 8 mol·L-1 浓盐酸与足量二氧化锰反应最多可得 0.4 mol Cl2 C.石棉上可滴加饱和食盐水,用于吸收氯气 D.光照一段时间,装置 C 硬质玻璃管内壁出现的黑色小颗粒可能是碳 解析：选 D。观察装置可知,浓硫酸不仅可以干燥气体,还可以使气体混合均匀,同时能够通过 观察气泡判断流速,故 A 错误;200 mL 8 mol·L-1 盐酸物质的量 n=cV(aq)=8 mol·L-1×0.2 L=1.6 mol,盐酸浓度变小后,与二氧化锰不再反应,根据 MnO2—4HCl—Cl2,因此生成的氯气的物质的 量小于 0.4 mol,故 B 错误;氯气难溶于饱和食盐水,不可用饱和食盐水吸收氯气,故 C 错误;由 组成元素分析,黑色小颗粒可能是碳,故 D 正确。 14.氯仿(CHCl3)是甲烷与氯气光照取代的产物之一,主要用来生产氟利昂、染料和药物,在医 学上,常用作麻醉剂。还可用作抗生素、香料、油脂、树脂、橡胶的溶剂和萃取剂。与四氯化 碳混合可制成不冻的防火液体,还用于烟雾剂的发射药、谷物的熏蒸剂和校准温度的标准液。 某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程,设计的模拟装置如下: 根据设计要求回答: (1)盛装浓硫酸的洗气瓶起到什么作用? 提示:浓硫酸不但能吸收甲烷中的水蒸气,还能使甲烷和氯气混合均匀,并通过冒气泡的快慢 程度控制气体的流速。 (2)C 装置的石棉中均匀混有 KI 粉末,其作用是什么? 提示:吸收未反应的 Cl2。C 装置的石棉中均匀混有 KI 粉末,KI 会和氯气反应,产生 KCl,防止 氯气污染大气,其作用是吸收未反应的 Cl2。 (3)HCl 极易溶于水,D 装置用于吸收 HCl 的优点是什么? 提示:既能吸收 HCl 气体,又能防止倒吸。D 装置中有水,是为了吸收产生的 HCl 气体;使用干 燥管,是为了防止倒吸。 (4)从环保的角度考虑,该装置还不完善,原因是尾气没有彻底处理,其尾气主要成分可能有下 列哪几种? a.CH4 b.CH3Cl c.CH2Cl2 d.CHCl3 e.CCl4 提示:a、b。从环保的角度考虑,该装置还不完善,原因是尾气处理不彻底,甲烷在光照下与氯 气发生取代反应,生成 CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4,其中 CH3Cl 为气体,还有未反应完的甲烷, 所以其尾气主要成分可能有 CH4、CH3Cl。 (5)其他条件均不变,若去掉 A 装置,则 D 中所得盐酸的浓度将变小,你认为可能的原因是什么? 提示:A 装置中的浓硫酸起到干燥气体的作用,HCl 气体极易溶于水,其他条件均不变,若 去掉 A 装置,反应过程中 HCl 气体大部分溶于原 CH4 所带的水,形成液滴残留在硬质玻璃管中。 15.如图所示,U 形管的左端被水和胶塞封闭,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的混合气体的装置放置在光亮的地 方,让混合气体缓慢反应一段时间。 (1)假设甲烷与氯气充分反应,且只生成一种有机物,请写出该反应的化学方程 式 。 (2)经过几个小时的反应后,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 (3)U 形管左端的气柱变化是 。 A.体积增大 B.体积减小 C.消失 D.不变 (4)U 形管右端的水面变化的原因是 。 解析：甲烷与氯气可能发生的反应有 ①CH4+Cl2 CH3Cl+HCl,②CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl,③CH2Cl2+Cl2 CHCl3+HCl,④CHCl3+Cl2 C Cl4+HCl。由反应方程式可知,反应生成的 CCl4 等是液体,反应后气体的物质的量减少,且生成 的 HCl 易溶于水,所以左端压强减小直至为零,气柱消失,右端的水面降低。 答案:(1)CH4+4Cl2 CCl4+4HCl (2)B (3)B、C (4)反应生成的 CCl4 等是液体,反应后气体的物质的量减少,且生成的 HCl 易溶于水,所以左端 压强减小直至为零,气柱消失,右端的水面降低 16.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)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? 。 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;其验纯的操作为 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)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 中为澄清石灰水溶液,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,则会带出水蒸气,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。 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 CuSO4 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