江蘇專(zhuān)版2023-2024學(xué)年新教材高中化學(xué)專(zhuān)題8有機(jī)化合物的獲得與應(yīng)用第一單元化石燃料與有機(jī)化合物第1課時(shí)天然氣的利用甲烷分層作業(yè)蘇教版必修第二冊(cè)

專(zhuān)題8第一單元第1課時(shí)天然氣的利用甲烷必備知識(shí)基礎(chǔ)練1.[2023上海華師大二附中期末]甲烷是最簡(jiǎn)單的有機(jī)物,在我國(guó)的南海、東海海底已發(fā)現(xiàn)天然氣的水合物,它易燃燒,外形似冰,被稱(chēng)為“可燃冰”。“可燃冰”的開(kāi)采,有助于解決人類(lèi)面臨的能源危機(jī)。下列有關(guān)甲烷的說(shuō)法不正確的是()A.甲烷是無(wú)色、無(wú)味,密度比空氣小,極難溶于水的氣體B.甲烷不能發(fā)生氧化反應(yīng)C.點(diǎn)燃甲烷氣體時(shí),一定要檢驗(yàn)純度D.沼氣和天然氣的主要成分都是甲烷2.[2023上海市實(shí)驗(yàn)學(xué)校月考]下列可證明甲烷分子是正四面體結(jié)構(gòu)的是()A.一氯甲烷沒(méi)有同分異構(gòu)體B.二氯甲烷沒(méi)有同分異構(gòu)體C.三氯甲烷沒(méi)有同分異構(gòu)體D.甲烷分子的四個(gè)C—H鍵完全相同3.[2023江蘇揚(yáng)州廣陵區(qū)期中]下列關(guān)于甲烷的說(shuō)法正確的是()A.易溶于水B.能使溴水褪色C.分子構(gòu)型為平面正方形D.可用作燃料4.[2023江蘇徐州期中]反應(yīng)CH4+Cl2CH3Cl+HCl的產(chǎn)物主要用作有機(jī)硅制備的原料。下列說(shuō)法正確的是()A.反應(yīng)為置換反應(yīng)B.四種物質(zhì)均含有共價(jià)鍵C.CH3Cl的電子式為ClD.CH4、CH3Cl均具有正四面體空間結(jié)構(gòu)5.[2023江蘇淮安中學(xué)期末]將由1體積CH4和4體積Cl2組成的混合氣體充入大試管中,將此試管倒立在盛有飽和食鹽水的水槽里,放在光亮處,裝置如圖。則下列現(xiàn)象不可能被觀察到的是()A.黃綠色逐漸消失B.試管壁上有黃色油珠出現(xiàn)C.液面在試管內(nèi)上升到一定高度D.液面在試管內(nèi)上升至充滿試管6.下列反應(yīng)中,屬于取代反應(yīng)的是()A.CaCO3CaO+CO2↑B.Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑C.CH4+2O2CO2+2H2OD.CH4+Cl2CH3Cl+HCl7.[2023江蘇淮宿七校聯(lián)考]利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)制取副產(chǎn)品鹽酸的設(shè)想在工業(yè)上已成為現(xiàn)實(shí)。某化學(xué)興趣小組在實(shí)驗(yàn)室中模擬上述過(guò)程,其設(shè)計(jì)的模擬裝置如下:根據(jù)設(shè)計(jì)要求回答:(1)盛濃鹽酸的儀器名稱(chēng)是。

(2)A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是。

(3)B裝置有三種功能:①,②控制氣流速度,③均勻混合氣體。

(4)在C裝置中,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的強(qiáng)光照射,發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有黑色小顆粒產(chǎn)生,寫(xiě)出置換出黑色小顆粒的化學(xué)方程式:。

(5)D裝置的石棉浸有KI-淀粉溶液,其作用是,反應(yīng)現(xiàn)象是。

(6)E裝置除了含有鹽酸外,還最多可能含有三種液態(tài)有機(jī)物,從E中分離出鹽酸的操作名稱(chēng)為。

關(guān)鍵能力提升練8.[2023陜西榆林定邊月考]下列有關(guān)甲烷的說(shuō)法不正確的是()A.1mol甲烷中含有4molC—H共價(jià)鍵B.CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面體結(jié)構(gòu)C.光照條件下甲烷能與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)D.通常情況下,甲烷與稀硫酸、NaOH溶液均不反應(yīng)9.[2023湖北黃岡期中]最能真實(shí)反映甲烷分子結(jié)構(gòu)的是()A.電子式:HB.結(jié)構(gòu)式:C.球棍模型:D.空間填充模型:10.[2023河北石家莊四十二中月考]將1mol甲烷與一定量的氯氣混合于一試管中,并將試管倒立于盛有飽和NaCl溶液的水槽中(如圖所示),對(duì)于此反應(yīng),下列有關(guān)敘述正確的是()A.該反應(yīng)的生成物中含量最高的是CCl4B.該反應(yīng)有4種產(chǎn)物C.該反應(yīng)條件為光照,反應(yīng)類(lèi)型為取代反應(yīng)D.該反應(yīng)中試管內(nèi)壁上因?yàn)橛杏蜖钜旱萎a(chǎn)生,說(shuō)明產(chǎn)物中有CH3Cl11.已知最簡(jiǎn)單的有機(jī)物E和直線形分子G在光照條件下反應(yīng),生成四面體形分子L和直線形分子M(組成G的元素為第三周期的元素),如圖。則下列判斷錯(cuò)誤的是()A.常溫常壓下,E是一種無(wú)色無(wú)味的氣體B.上述反應(yīng)類(lèi)型是取代反應(yīng)C.G能使干燥的紅色布條變成無(wú)色D.在光照條件下,L能與G繼續(xù)發(fā)生與上述類(lèi)似的反應(yīng)12.一定質(zhì)量的甲烷燃燒后得到的產(chǎn)物為CO、CO2和水蒸氣,此混合氣體質(zhì)量為49.6g,當(dāng)其緩慢經(jīng)過(guò)無(wú)水CaCl2時(shí),CaCl2增重25.2g,原混合氣體中CO2的質(zhì)量為()A.11.2g B.13.2gC.19.7g D.24.4g13.若要將0.6mol甲烷完全和氯氣發(fā)生取代反應(yīng),并且生成相同物質(zhì)的量的四種有機(jī)氯代物,則需要氯氣的物質(zhì)的量為()A.2.5mol B.4.5molC.1.5mol D.0.6mol14.如圖是某同學(xué)利用注射器設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置。甲中注入10mLCH4,同溫同壓下乙中注入50mLCl2,將乙中氣體推入甲中,用日光照射一段時(shí)間,氣體在甲中反應(yīng)。(1)下列是某同學(xué)預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:①氣體最終變?yōu)榧t色②實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,甲中活塞向內(nèi)移動(dòng)③甲中內(nèi)壁有油珠④產(chǎn)生火花。其中正確的有(填序號(hào))。

(2)甲中發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)類(lèi)型為。

(3)反應(yīng)后,下列試劑能用來(lái)吸收甲中剩余氣體的是(填字母)。

A.水 B.氫氧化鈉溶液C.硝酸銀溶液 D.飽和食鹽水(4)反應(yīng)后,若將甲中的物質(zhì)推入盛有適量AgNO3溶液的小試管中會(huì)觀察到

;若再向其中滴入幾滴石蕊溶液,又觀察到。

學(xué)科素養(yǎng)創(chuàng)新練15.CH4在光照條件下與Cl2反應(yīng),可得到各種氯代甲烷。(1)寫(xiě)出生成CH3Cl的化學(xué)方程式:。

(2)CH4氯代的機(jī)理為自由基(帶有單電子的原子或原子團(tuán),如Cl·、·CH3)反應(yīng),包括以下幾步:Ⅰ.鏈引發(fā)Ⅱ.鏈傳遞Ⅲ.鏈終止Cl22Cl·Cl·+CH4·CH3+HCl·CH3+Cl2CH3Cl+Cl·…2Cl·Cl2Cl·+·CH3CH3Cl…①寫(xiě)出由CH3Cl生成CH2Cl2過(guò)程中鏈傳遞的方程式:,。

②不同鹵原子自由基(X·)均可奪取CH4中的H,反應(yīng)通式:X·(g)+CH4(g)·CH3(g)+HX(g)。已知:25℃、101kPa時(shí),斷裂CH4中1molC—H鍵和HCl中1molH—Cl鍵分別需要吸收439kJ和431kJ的能量。a.計(jì)算當(dāng)X為Cl時(shí),上述反應(yīng)1molX·參與反應(yīng)(填“吸收”或“放出”)kJ能量。

b.若X依次為F、Cl、Br、I,則放出或吸收的能量隨著原子序數(shù)增大逐漸(填“增大”或“減小”),結(jié)合原子結(jié)構(gòu)解釋原因:。

③探究光照對(duì)CH4與Cl2反應(yīng)的影響,實(shí)驗(yàn)如下。編號(hào)操作結(jié)果A將Cl2與CH4混合后,光照得到氯代甲烷B將Cl2先用光照,然后迅速在黑暗中與CH4混合得到氯代甲烷C將Cl2先用光照,然后在黑暗中放置一段時(shí)間,再與CH4混合幾乎無(wú)氯代甲烷D將CH4先用光照,然后迅速在黑暗中與Cl2混合幾乎無(wú)氯代甲烷a.由B和D得出的結(jié)論是。

b.依據(jù)上述機(jī)理,解釋C中幾乎沒(méi)有氯代甲烷的原因:。

(3)丙烷氯代反應(yīng)中鏈傳遞的一步反應(yīng)能量變化如下。推知斷裂—CH3中1molC—H鍵比斷裂中1molC—H鍵所需能量(填“大”或“小”)。

第1課時(shí)天然氣的利用甲烷1.B解析甲烷能燃燒,即能夠發(fā)生氧化反應(yīng),B錯(cuò)誤。2.B解析甲烷若為平面正方形,其一氯代物、三氯代物也只有一種,四個(gè)C—H鍵完全相同,A、C、D不符合題意;甲烷若為平面正方形,二氯代物有兩種,現(xiàn)二氯甲烷沒(méi)有同分異構(gòu)體,說(shuō)明甲烷不是平面結(jié)構(gòu),只能為立體結(jié)構(gòu)即正四面體結(jié)構(gòu),B符合題意。3.D解析甲烷是天然氣的主要成分,無(wú)色無(wú)味氣體,難溶于水,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,通常情況下與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑均不反應(yīng),在一定條件下可以和氧氣、氯氣等發(fā)生反應(yīng)。甲烷為無(wú)色無(wú)味氣體,難溶于水,故A錯(cuò)誤;甲烷屬于烷烴,不能使溴水褪色,故B錯(cuò)誤;甲烷的分子構(gòu)型為正四面體形,故C錯(cuò)誤;甲烷是一種可燃性氣體,是一種優(yōu)良的燃料,故D正確。4.B解析該反應(yīng)為甲烷和氯氣在光照條件下的取代反應(yīng),A錯(cuò)誤;甲烷、氯氣、一氯甲烷和氯化氫分子中均存在共價(jià)鍵,B正確;Cl原子外圍不滿足8電子結(jié)構(gòu),應(yīng)該為,C錯(cuò)誤;甲烷為正四面體結(jié)構(gòu),而CH3Cl為四面體結(jié)構(gòu),不是正四面體,D錯(cuò)誤。5.D解析CH4和Cl2在光照條件下發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物在常溫下的狀態(tài)為三液兩氣:CH2Cl2、CHCl3、CCl4為無(wú)色液體,CH3Cl和HCl為氣體。隨著Cl2不斷被消耗,黃綠色逐漸消失,又由于Cl2易溶于有機(jī)溶劑,試管壁上有黃色油珠出現(xiàn)。反應(yīng)后試管內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小,液面在試管內(nèi)上升。但CH3Cl氣體不溶于水,不會(huì)出現(xiàn)液面在試管內(nèi)上升至充滿試管的現(xiàn)象。6.D解析取代反應(yīng)是指有機(jī)物分子中的某種原子(或原子團(tuán))被其他原子或原子團(tuán)所取代的反應(yīng)。A是分解反應(yīng);B是置換反應(yīng);C是氧化反應(yīng);D是取代反應(yīng)。7.答案(1)分液漏斗(2)MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O(3)干燥氣體(4)CH4+2Cl2C+4HCl(5)吸收未反應(yīng)的氯氣,防止污染環(huán)境浸有KI-淀粉溶液的石棉變藍(lán)色(6)分液解析(1)根據(jù)儀器的構(gòu)造可知,盛濃鹽酸的儀器名稱(chēng)是分液漏斗。(2)A裝置中濃鹽酸與二氧化錳反應(yīng)制氯氣,反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O。(3)甲烷和生成的氯氣中含有水,B裝置除具有控制氣流速度、均勻混合氣體之外,因濃硫酸具有吸水性,還具有干燥混合氣體的作用。(4)在C裝置中,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的強(qiáng)光照射,發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有黑色小顆粒產(chǎn)生,這說(shuō)明有碳產(chǎn)生。CH4與Cl2在強(qiáng)光條件下生成碳和HCl,化學(xué)方程式見(jiàn)答案。(5)氯氣能與KI反應(yīng)生成氯化鉀和I2,所以D裝置的石棉浸有KI-淀粉溶液,其作用是吸收氯氣;反應(yīng)現(xiàn)象是浸有KI-淀粉溶液的石棉變藍(lán)色。(6)E裝置除了含有鹽酸外,還最多可能含有三種液態(tài)有機(jī)物,分別是甲烷發(fā)生取代反應(yīng)生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳,可用分液的方法從E中分離出鹽酸。8.B解析1個(gè)甲烷分子中含4個(gè)C—H鍵,故1mol甲烷中含4molC—H鍵,A正確;CH4和CCl4都是正四面體結(jié)構(gòu),而CH3Cl是四面體結(jié)構(gòu),其中C—H鍵與C—Cl鍵的鍵長(zhǎng)不等,B錯(cuò)誤;甲烷能和鹵素單質(zhì)的蒸氣在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng),即甲烷能與氯氣發(fā)生取代反應(yīng),條件是光照,C正確;甲烷性質(zhì)穩(wěn)定,和強(qiáng)酸、強(qiáng)堿以及強(qiáng)氧化劑一般不反應(yīng),D正確。9.D解析空間填充模型既能體現(xiàn)分子中原子的相對(duì)大小又能體現(xiàn)空間構(gòu)型,最能真實(shí)反映甲烷分子結(jié)構(gòu),故選D。10.C解析每步取代反應(yīng)均會(huì)有HCl生成,所以生成物中含量最高的是HCl,A錯(cuò)誤;甲烷和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氫共5種物質(zhì),B錯(cuò)誤;甲烷和氯氣在光照條件下發(fā)生反應(yīng)生成氯代甲烷和氯化氫,該反應(yīng)屬于取代反應(yīng),C正確;該反應(yīng)試管內(nèi)壁上因有二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳生成而有油狀液滴產(chǎn)生,D錯(cuò)誤。11.C解析最簡(jiǎn)單的有機(jī)物E為CH4;G是直線形分子,組成G的元素為第三周期的元素,且G是雙原子分子,所以G是Cl2;該反應(yīng)是CH4和Cl2發(fā)生取代反應(yīng)生成CH3Cl和HCl,即L是CH3Cl,M是HCl。E為CH4,在常溫常壓下為無(wú)色無(wú)味的氣體,A正確;CH4中的H原子被Cl原子取代生成CH3Cl和HCl,屬于取代反應(yīng),B正確;G為Cl2,Cl2能使?jié)駶?rùn)的紅色布條變成無(wú)色,C錯(cuò)誤;L為CH3Cl,G為Cl2,在光照條件下,CH3Cl能與Cl2繼續(xù)發(fā)生取代反應(yīng),D正確。12.B解析產(chǎn)物通過(guò)無(wú)水CaCl2時(shí),無(wú)水CaCl2增重25.2g,為水的質(zhì)量,所以n(H2O)==1.4mol,根據(jù)H原子守恒,可以知道:n(CH4)=n(H2O)=×1.4mol=0.7mol,根據(jù)C原子守恒,則n(CO)+n(CO2)=0.7mol,又m(CO)+m(CO2)=49.6g-25.2g=24.4g,[0.7mol-n(CO2)]×28g·mol-1+n(CO2)×44g·mol-1=24.4g,解得n(CO2)=0.3mol,所以m(CO2)=0.3mol×44g·mol-1=13.2g。13.C解析光照下,甲烷與氯氣發(fā)生多次取代反應(yīng),分別生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl,每生成1mol上述有機(jī)物消耗氯氣的物質(zhì)的量依次為1mol,2mol,3mol,4mol。生成四種有機(jī)氯代物的物質(zhì)的量相等,設(shè)為xmol,4xmol=0.6mol,x=0.15,n(Cl2)=0.15mol×1+0.15mol×2+0.15mol×3+0.15mol×4=1.5mol。14.答案(1)②③(2)取代反應(yīng)(3)B(4)液體分為兩層,產(chǎn)生白色沉淀溶液先變紅后褪色解析在光照條件下,甲烷與氯氣發(fā)生連鎖反應(yīng):CH4+Cl2CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl,CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl,CHCl3+Cl2CCl4+HCl。(1)理論上,甲烷與氯氣體積比為1∶4時(shí)二者恰好完全反應(yīng),而甲中氯氣與甲烷體積比為5∶1>4∶1,說(shuō)明氯氣過(guò)量,最終氣體中仍有氯氣。反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生火花。產(chǎn)物中只有氯化氫和一氯甲烷為氣體,其余為油狀液體,所以氣體的總物質(zhì)的量減小,內(nèi)部壓強(qiáng)減小,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,甲中活塞向內(nèi)移動(dòng)。(2)甲烷分子中的四個(gè)氫原子可被氯原子逐一取代,故甲中發(fā)生的是取代反應(yīng)。(3)剩余氣體中含有氯氣、一氯甲烷和氯化氫,可用氫氧化鈉溶液吸收剩余氣體。(4)生成的HCl會(huì)與AgN