下学期高一化学苏教版(2019)必修第二册课时作业：8.1.1　天然气的利用　甲烷

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 1.下列各图均能表示甲烷的分子结构,哪一种更能反映其真实存在状况 ( ) A.甲烷分子结构示意图: B.甲烷分子的电子式: C.甲烷的球棍模型: D.甲烷的空间填充模型: 2.能够证明甲烷分子空间结构为正四面体的事实是 ( ) A.甲烷的四个碳氢键的键能相等 B.甲烷的四个碳氢键的键长相等 C.甲烷的一氯代物只有一种 D.甲烷的二氯代物只有一种 3.2020 年 2 月 17 日至 3 月 18 日,我国在南海神狐海域成功从海底“可燃冰”矿藏中开采出天然气,创 造了“产气总量最大、日均产气量最高”两项世界纪录。“可燃冰”是由天然气和水在高压低温状态 下形成的固体水合物,其化学式为 CH4·8H2O,分子结构如图所示。下列有关“可燃冰”的说法中正确 的是 ( ) A.是一种新型能源,属于可再生能源 B.含有碳、氢元素,属于烃类 C.在空气中完全燃烧生成 CO2 和 H2O D.存在极性键和非极性键 4.为验证甲烷分子中含有 C、H 两种元素,可将其燃烧产物通过:①浓硫酸、②澄清石灰水、③无水硫 酸铜。正确的顺序是 ( ) A.①②③ B.②③ C.②③① D.③② 5.实验室中将盛有甲烷与氯气混合气体的量筒倒立在盛有饱和食盐水的水槽中,光照使其发生反应,下 列说法错误的是 ( ) A.通过量筒内壁上出现的油状液滴可以说明生成四种有机产物 B.量筒中液面上升主要是因为氯化氢极易溶于水 C.饱和食盐水能够抑制氯气的溶解 D.量筒中气体颜色逐渐变浅 6.鉴别甲烷、一氧化碳和氢气三种无色气体的方法,是将它们分别 ( ) A.先后通入溴水和澄清石灰水 B.点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯 C.点燃,先后罩上干燥的冷烧杯和涂有澄清石灰水的烧杯 D.点燃后先罩上涂有澄清石灰水的烧杯,再通入溴水 7.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,则消耗的 Cl2 为 ( ) A.1 mol B.2 mol C.4 mol D.5 mol 8.一定量的 CH4 恰好与一定量的 O2 完全反应得 CO2、CO、H2O(g),产物总质量为 49.6 g,将其通过装 有足量浓 H2SO4 的洗气瓶后,洗气瓶质量增加 25.2 g。CH4 若完全燃烧还需 O2 的体积(标准状况下)为 ( ) A.8.96 L B.2.24 L C.4.48 L D.6.72 L 9.下列有关烷烃的叙述中,错误的是 ( ) A.烷烃分子中,所有的化学键都是单键 B.分子通式为 CnH2n+2 的烃一定是烷烃 C.正丁烷和异丁烷分子中共价键数目相同 D.甲烷和乙烷各有一种结构,丙烷和丁烷各有两种不同的结构 10.四川有丰富的天然气资源。天然气的主要成分是甲烷,还含有一定量的乙烷、丙烷等可燃性气体。 下列有关说法不正确的是( ) A.甲烷与丙烷互为同系物 B.甲烷是烃类物质中的氢的质量分数最高的化合物 C.甲烷、乙烷、丙烷中的化学键都是极性共价键 D.乙烷和氯气在光照的条件下可发生取代反应,生成多种氯代烃 11.下列有关烷烃的叙述中不正确的是 ( ) A.在烷烃分子中,一定存在极性键,可能存在非极性键 B.所有烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应 C.光照条件下,乙烷通入溴水中,可使溴水褪色 D.所有烷烃在足量氧气中充分燃烧,均生成 CO2 和 H2O 12.在常温常压下,取下列 4 种气态烃各 1 mol,分别在足量的氧气中燃烧,其中消耗氧气最多的是 ( ) A.CH4 B.C2H6 C.C3H8 D.C4H10 13.下列说法中错误的是 ( ) ①化学性质相似的有机物是同系物 ②分子组成相差一个或若干个 CH2 原子团的有机物是同系物 ③若烃中碳、氢元素的质量分数相同,它们必定是同系物 ④互为同分异构体的两种有机物的物理性质有差别,但化学性质必定相似 A.①②③④ B.只有②③ C.只有③④ D.只有①②③ 14.下列各组物质中互为同系物的是( ) A.CH3—CH2—CH3 和 CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 B.CH3—CH3 和 CH3—CH CH2 C.CH3—CH2—CH3 和 CH3—CH CH2 D.CH3—CH2—CH CH2 和 CH3—CH2—CH2—CH3 15.如图表示 4 个碳原子相互结合的方式。小球表示碳原子,小棍表示化学键,假设碳原子上其余的化学 键都是与氢结合的。 (1)图中属于链烷烃的是 (填字母)。 (2)在如图所示的有机化合物中,碳原子与碳原子之间不仅可以形成共价单键,还可以形成 和 ;不仅可以形成 ,还可以形成碳环。 (3)互为同分异构体的是 A 与 ;B 与 ;D 与 (填字母)。 16.碳原子成键的多样性、同分异构等现象是有机化合物种类繁多的原因。正丁烷和 2-甲基丙烷的结 构式如下所示。 正丁烷 2-甲基丙烷 下列关于上述两种物质的说法正确的是 ( ) A.分子式不同 B.碳氢键(C—H)数目不同 C.互为同分异构体 D.物理性质、化学性质相同 17.硅和碳属于同族元素,有一类由 Si 和 H 形成的有机硅化合物称为“硅烷”。硅烷的组成、结构与 相应的烷烃相似。下列叙述中不正确的是 ( ) A.硅烷的通式为 SinH2n+2(n≥1) B.乙硅烷(SiH3SiH3)的二氯代物有两种同分异构体 C.甲硅烷(SiH4)的沸点比甲烷(CH4)的沸点低 D.甲硅烷的热稳定性小于甲烷 18.如图是某同学利用日常用品注射器设计的简易实验装置。甲中注入 10 mL CH4,同温同压下乙中注 入 50 mL Cl2,将乙中气体推入甲中,用日光照射一段时间,气体在甲中反应。 (1)下列是某同学预测的实验现象: ①气体最终变为红色; ②实验过程中,甲中活塞向内移动; ③甲中内壁有油珠; ④产生火花。 其中正确的是 。 (2)甲管中发生反应的化学反应类型为 。 (3)反应后,甲中剩余气体能用下列试剂吸收的是 。 A.水 B.氢氧化钠溶液 C.硝酸银溶液 D.饱和食盐水 (4)反应后,若将甲中的物质推入盛有适量 AgNO3 溶液的小试管中会观察到 。 若再向其中滴入几滴石蕊溶液,又观察到 。 答案 1.D 【解析】 在甲烷的各种模型中,空间填充模型更能反映甲烷的分子组成,D 项正确。 2.D 【解析】 甲烷是正四面体结构时二氯代物只有一种,若为正方形结构,则有两种,D 项正确。 3.C 【解析】 “可燃冰”是由天然气和水在高压低温状态下形成的固体水合物,是不可再生能源,A 错误;“可燃冰”的化学式为 CH4·8H2O,含碳、氢、氧三种元素,不属于烃类,B 错误;“可燃冰”含碳、 氢、氧三种元素,在空气中完全燃烧生成 CO2 和 H2O,C 正确;“可燃冰”中水分子之间存在氢键,含极性 键,不含非极性键,D 错误。 4.D 【解析】 要证明甲烷分子中含有 C、H 两种元素,可通过其燃烧产物 CO2 和 H2O 来证明,选②③, 检验时应先检验 H2O 后检验 CO2,故顺序为③②。 5.A 【解析】 仅通过量筒内壁上出现的油状液滴这一实验现象并不能说明生成了四种有机产物,氯气 与甲烷发生取代反应,生成的四种有机产物中 CH3Cl 常温下为气体,易溶于有机溶剂,CH2Cl2、CHCl3、 CCl4 为油状液体,A 错误;氯气与甲烷反应生成 HCl,而 HCl 极易溶于水,导致量筒内气体减少,压强减小, 量筒内液面上升,B 正确;氯气溶于水后,部分与水反应:Cl2+H2O H++Cl-+HClO,饱和食盐水中 Cl-浓 度较大,可以抑制 Cl2 的溶解,C 正确;氯气是黄绿色气体,氯气被消耗,量筒内气体颜色逐渐变浅,D 正确。 6.C 【解析】 用干燥的冷烧杯可以检验是否生成水,从而确定原气体是否含有氢元素;用涂有澄清石 灰水的烧杯可以检验是否生成 CO2,从而确定原气体中是否含有碳元素。 7.D 【解析】 标准状况下 44.8 L CH4 的物质的量为 2 mol,与 Cl2 发生取代反应,生成四种有机取代产 物的物质的量相等,即均为 0.5 mol,根据取代反应的特点,反应中消耗 Cl2 的物质的量为 0.5 mol×(1+2+3+4)=5 mol。 8.C 【解析】 由题中洗气瓶质量增加 25.2 g 可知,H2O(g)的物质的量为 1.4 mol,根据 H 原子守恒, 所以 CH4 为 0.7 mol,这样就知道 CH4 完全燃烧时生成 CO2 的物质的量也是 0.7 mol。用 0.7 mol CO2 的质量减去已经生成的 CO 和 CO2 两者的总质量,就是 CH4 完全燃烧还需 O2 的质量,即 m(O2)=0.7 mol×44 g·mol-1-(49.6 g-25.2 g)=6.4 g,即 n(O2)= 6.4 g 32 g · mol-1 =0.2 mol,标准状况下 V(O2)=0.2 mol×22.4 L·mol-1=4.48 L。 9.D 【解析】 烷烃中碳原子均饱和,所有的化学键都是单键,A 正确;分子通式为 CnH2n+2 的烃分子中 碳原子只形成单键,一定是烷烃,B 正确;正丁烷和异丁烷分子中均含有 10 个 C—H 键和 3 个 C—C 键,C 正确;甲烷、乙烷和丙烷都只有一种结构,丁烷有两种不同结构,D 错误。 10.C 【解析】 甲烷和丙烷都是烷烃,互为同系物,A 正确;甲烷是烃类中含氢量最高、含碳量最低的有 机物,B 正确;甲烷中都是极性键,乙烷和丙烷中含有极性键和非极性键,C 错误;乙烷与 Cl2 在光照条件下 发生取代反应,生成一氯乙烷等多种氯代乙烷,D 正确。 11.C 【解析】 烷烃分子中 C—H 键是极性键,碳原子数较多的烷烃中还存在 C—C 键,是非极性键,A 正确;烷烃的特征性质是能发生取代反应,在光照条件下都能与氯气发生取代反应,B正确;乙烷与溴水不 能发生取代反应,故溴水不褪色,C 错误;烷烃只含碳、氢两种元素,故在足量氧气中充分燃烧,均生成 CO2 和 H2O,D 正确。 12.D 【解析】气态烃在足量氧气中完全燃烧,反应生成 CO2 和 H2O;假设烃的分子式为 CxHy,则 1 mol 烃完全燃烧消耗O2的物质的量为(x+ 4 ) mol,因此1 mol 气态烃完全燃烧时,(x+ 4 )越大,消耗氧气的量越 大,故消耗氧气最多的是 C4H10。 13.A 【解析】 ①同系物的化学性质相似,但性质相似的有机物不一定是同系物,错误;②必须结构相似, 在分子组成上相差一个或若干个 CH2 原子团的有机物才是同系物,错误;③烃中碳、氢元素的质量分数 相同,则 C、H 原子个数比相同,但不一定是同系物,错误;④同分异构体的物理性质不同,化学性质可能相 似,也可能不同,错误。 14.A 【解析】 CH3—CH2—CH3 和 CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 均属于烷烃,组成上相差 2 个 CH2 原子团,符合同系物的定义,A 项正确;CH3—CH CH2 含碳碳双键,而 CH3—CH3 没有碳碳双键,官能团 不同,不属于同系物,B 项错误;CH3—CH CH2 含碳碳双键,而 CH3—CH2—CH3 没有碳碳双键,官能团不 同,不属于同系物,C 项错误;CH3—CH2—CH CH2 含碳碳双键,而 CH3—CH2—CH2—CH3 没有碳碳双 键,官能团不同,不属于同系物,D 项错误。 15.(1)AC (2)碳碳双键 碳碳三键 碳链 (3)C E、F、H G 【解析】 根据球棍模型的含义及碳原子的成键特点可知 A 为 CH3CH2CH2CH3,B 为 CH3—CH CH— CH3,C 为 ,D 为 CH3—C≡C—CH3,E 为 CH3CH2—CH CH2,F 为 ,G 为 CH3CH2C≡CH,H 为 。故 A、C 属于链烷烃,这些分子中,碳原子之间不仅可以形成共价单 键,还可形成碳碳双键、碳碳三键,不仅可以形成碳链,还可形成碳环。再根据同分异构体概念可判断出 A 与 C,B 与 E、F、H,D 与 G 分别互为同分异构体。 16.C 【解析】 正丁烷和 2-甲基丙烷的分子式均为 C4H10,二者的分子式相同,但分子结构不同,二者互 为同分异构体,则 A 错误、C 正确;两种烷烃都含有 10 个 C—H 键,B 错误;二者互为同分异构体,其物理 性质不同,化学性质相似, D 错误。 17.C 【解析】 硅和碳属于同族元素,原子最外层电子数均为 4,硅烷中原子成键方式类似于烷烃,则其 通式为 SinH2n+2(n≥1),A 正确;乙硅烷的二氯代物中,2 个 Cl 原子连在同一硅原子和不同硅原子各有 1 种结构,故有两种同分异构体,B 正确;甲硅烷和甲烷的结构相似,前者的相对分子质量大,分子间作用力 大, 其沸点高,故甲硅烷的沸点高于甲烷,C 错误;C 元素的非金属性强于 Si,则 CH4 的稳定性强于 SiH4,D 正确。 18.(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】 在光照下,甲烷与氯气发生连锁反 应:CH4+Cl2 CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl,CH2Cl2+Cl2 CHCl3+HCl,CHCl3+Cl2 C Cl4+HCl。 (1)理论上,同温同压下 CH4 与 Cl2 体积比为 1∶4 时二者恰好完全反应,而甲中 Cl2 与 CH4 体积比为 5∶1>4∶1,说明 Cl2 过量,最终气体中仍有 Cl2。反应进行过程中不会产生火花。产物中只有 HCl 和 CH3Cl 为气体,所以气体的总物质的量减小,内部压强减小,甲中活塞向内移动。 (2)甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代,故甲中发生的是取代反应。 (3)剩余气体中含有 Cl2 和 HCl,可用 NaOH 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 均难溶于水而 看到液体分为两层,因 Cl2 有剩余,若加入几滴石蕊溶液,溶液会先变红后褪色。