【基礎(chǔ)鞏固】
1.煤礦瓦斯爆炸往往與甲烷有關(guān),下列敘述中錯(cuò)誤的是 ( )
A.點(diǎn)燃甲烷不必事先進(jìn)行驗(yàn)純
B.甲烷燃燒放出大量的熱,所以是一種很好的氣體燃料
C.煤礦的礦井要注意通風(fēng)并嚴(yán)禁煙火,以防爆炸事故的發(fā)生
D.點(diǎn)燃混有空氣的甲烷不一定會(huì)爆炸
答案:A
2.(2022·廣東東莞)下列關(guān)于鏈狀烷烴的說法正確的有 ( )
①在鏈狀烷烴分子中,每個(gè)原子都形成四個(gè)共價(jià)單鍵
②相鄰兩個(gè)烷烴分子組成上相差一個(gè)甲基 ③分子組成上滿足CnH2n+2(n≥1)的有機(jī)物一定是鏈狀烷烴 ④丙烷分子中所有的碳原子均在同一條直線上 ⑤鏈狀烷烴中所有原子可能共平面 ⑥碳原子間以單鍵結(jié)合,碳原子剩余價(jià)鍵全部與氫原子結(jié)合的有機(jī)物一定是鏈狀烷烴 ⑦都易燃燒,都難溶于水 ⑧甲烷、乙烷和丙烷的結(jié)構(gòu)都只有一種
A.3個(gè) B.4個(gè) C.5個(gè) D.6個(gè)
解析:①鏈狀烷烴分子中存在C—C、C—H,每個(gè)碳原子都形成四個(gè)共價(jià)單鍵,每個(gè)氫原子只能形成一個(gè)單鍵,錯(cuò)誤;②相鄰兩個(gè)烷烴分子組成上相差一個(gè)CH2,而不是甲基,錯(cuò)誤;③鏈狀烷烴為飽和烴,通式為CnH2n+2,分子通式為CnH2n+2的烴一定是鏈狀烷烴,正確;④丙烷分子中所有的碳原子不在同一條直線上,而在同一個(gè)平面上,錯(cuò)誤;⑤鏈狀烷烴中每個(gè)碳原子與周圍的四個(gè)原子構(gòu)成空間結(jié)構(gòu),所以所有原子不能共平面,錯(cuò)誤;⑥碳原子間以單鍵結(jié)合,碳原子剩余價(jià)鍵全部與氫原子結(jié)合的有機(jī)物可能是鏈狀烷烴,也可能是環(huán)烷烴,錯(cuò)誤;⑦鏈狀烷烴能被氧氣氧化,都易燃燒,根據(jù)相似相溶原理,烷烴都難溶于水,正確;⑧甲烷、乙烷和丙烷都沒有同分異構(gòu)體,它們的結(jié)構(gòu)都只有一種,正確。綜上所述,故選A項(xiàng)。
答案:A
3.下列反應(yīng)屬于取代反應(yīng)的是 ( )
A.CH4C+2H2
B.2HI+Cl22HCl+I2
C.CH4+2O2CO2+2H2O
D.CH4+Cl2CH3Cl+HCl
答案:D
4.取一支硬質(zhì)大試管,通過排飽和食鹽水的方法先后收集半試管甲烷和半試管氯氣(如圖),下列對(duì)于試管內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)及現(xiàn)象的說法中正確的是 ( )
A.此反應(yīng)無光照也可發(fā)生
B.CH4與Cl2反應(yīng)后的產(chǎn)物只有CH3Cl和HCl
C.試管內(nèi)壁出現(xiàn)油狀液滴
D.CH4與Cl2完全反應(yīng)后液面上升,液體充滿試管
答案:C
5.下列有關(guān)烷烴的敘述中錯(cuò)誤的是 ( )
A.烷烴幾乎不溶于水
B.所有的烷烴在光照條件下都能與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)
C.鏈狀烷烴的分子通式為CnH2n+2,符合該通式的烴不一定是烷烴
D.隨著碳原子數(shù)的增加,烷烴的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)逐漸升高
解析:烷烴不溶于水,A項(xiàng)正確;烷烴在光照條件下都能與Cl2發(fā)生取代反應(yīng),這是烷烴的特征反應(yīng),B項(xiàng)正確;由于鏈狀烷烴分子的通式CnH2n+2中的氫原子已達(dá)飽和,所以符合CnH2n+2的有機(jī)物只可能為烷烴,C項(xiàng)錯(cuò)誤;隨著碳原子數(shù)的增加,烷烴的相對(duì)分子質(zhì)量增大,分子間作用力增大,其熔點(diǎn)、沸點(diǎn)逐漸升高,D項(xiàng)正確。
答案:C
6.將標(biāo)準(zhǔn)狀況下的11.2 L甲烷和22.4 L氧氣混合點(diǎn)燃,恰好完全反應(yīng)后恢復(fù)到原狀況,氣體的體積為 ( )
A.11.2 L B.22.4 L C.33.6 L D.44.8 L
解析:CH4+2O2CO2+2H2O,因11.2 L甲烷與22.4 L氧氣恰好完全反應(yīng)生成11.2 L的CO2氣體,標(biāo)準(zhǔn)狀況下H2O不是氣體。
答案:A
7.(2022·廣東深圳)立方烷是一種新合成的烴,其分子結(jié)構(gòu)為正方體結(jié)構(gòu),其碳架結(jié)構(gòu)如圖所示。下列有關(guān)立方烷的說法正確的是 ( )
A.立方烷的分子式為C8H18
B.立方烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng),1 ml立方烷最多會(huì)生成4 ml HCl
C.1 ml立方烷完全燃燒消耗氧氣的體積為224 L
D.立方烷的一氯代物只有一種
解析:A項(xiàng),根據(jù)碳原子成鍵特點(diǎn),立方烷的分子式為C8H8,錯(cuò)誤;B項(xiàng),1 ml立方烷與氯氣反應(yīng),最多需要8 ml 氯氣,生成8 ml HCl,錯(cuò)誤;C項(xiàng),完全燃燒1 ml立方烷需要10 ml氧氣,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為224 L,但氧氣的狀態(tài)不確定,不一定為標(biāo)準(zhǔn)狀況,錯(cuò)誤;D項(xiàng),立方烷分子是高度對(duì)稱的,分子中只有一種等效氫,故其一氯代物只有一種,正確。
答案:D
【拓展提高】
8.將1 ml甲烷與適量的Cl2混合后光照,充分反應(yīng)后生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四種有機(jī)產(chǎn)物的物質(zhì)的量依次增大0.1 ml,則參加反應(yīng)的Cl2的物質(zhì)的量為 ( )
A.1.5 ml B.3 ml C.4.5 ml D.6 ml
解析:解答此題宜用原子守恒法。CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4中的碳原子都是從CH4中來的,故這四種取代物共1 ml,設(shè)CH3Cl物質(zhì)的量為x,則x+(x+0.1 ml)+(x+0.2 ml)+(x+0.3 ml)=1 ml,得x=0.1 ml,即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四種有機(jī)產(chǎn)物的物質(zhì)的量依次為0.1 ml、0.2 ml、0.3 ml、0.4 ml,含氯原子的物質(zhì)的量共為0.1 ml×1+0.2 ml×2+0.3 ml×
3+0.4 ml×4=3 ml,而一個(gè)氯氣分子中只有一個(gè)氯原子參加取代反應(yīng),因此消耗的Cl2也為3 ml。
答案:B
9.取標(biāo)準(zhǔn)狀況下的CH4和過量O2的混合氣體840 mL點(diǎn)燃,將燃燒后的產(chǎn)物用過量堿石灰吸收,堿石灰質(zhì)量增加0.6 g。計(jì)算:
(1)堿石灰吸收后所剩氣體的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)為 L。
(2)原混合氣體中CH4與O2的體積比為 。
解析:(1)將燃燒后的氣體用過量的堿石灰吸收,增重0.6 g,說明參加反應(yīng)的甲烷與氧氣的質(zhì)量為0.6 g,設(shè)甲烷的物質(zhì)的量為x,則參加反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為2x,16 g/ml×x+32 g/ml×2x=0.6 g,x=0.007 5 ml,即甲烷的物質(zhì)的量為0.007 5 ml,參加反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為0.007 5 ml×2=0.015 ml,混合氣體的總物質(zhì)的量為=0.037 5 ml,故堿石灰吸收后剩余氧氣的物質(zhì)的量為0.037 5 ml-0.007 5 ml-0.015 ml=0.015 ml,標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為0.015 ml×22.4 L/ml=0.336 L。(2)原混合氣體中甲烷0.007 5 ml,氧氣0.037 5 ml-0.007 5 ml=0.03 ml,兩者的體積比為0.0075 ml∶0.03ml=
1∶4。
答案:(1)0.336 (2)1∶4
【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】
10.(2022·廣東珠海)某同學(xué)探究甲烷與氧化劑反應(yīng),設(shè)計(jì)下圖所示實(shí)驗(yàn)。已知碳化鋁(Al4C3)與水反應(yīng)生成氫氧化鋁和甲烷。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:溴水不褪色,無水硫酸銅變藍(lán)色,澄清石灰水變渾濁。
回答下列問題。
(1)寫出碳化鋁與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式: 。
(2)加入試劑前,應(yīng)先進(jìn)行的一步操作是 。
(3)經(jīng)測(cè)定,甲烷與氧化銅反應(yīng)時(shí)每消耗1 ml 甲烷轉(zhuǎn)移電子7 ml,寫出實(shí)驗(yàn)時(shí)硬質(zhì)玻璃管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式: 。
(4)下列對(duì)實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)現(xiàn)象與結(jié)論敘述正確的是 (填字母)。
A.甲烷不能與溴水反應(yīng),推知甲烷不能與鹵素單質(zhì)反應(yīng)
B.酸性高錳酸鉀溶液不褪色,結(jié)論是通常條件下甲烷不能與強(qiáng)氧化劑反應(yīng)
C.硬質(zhì)玻璃管中黑色粉末無顏色變化,結(jié)論是甲烷不能與氧化銅反應(yīng)
D.硬質(zhì)玻璃管中黑色粉末變紅色,推斷氧化銅與甲烷反應(yīng)只生成水和二氧
化碳
(5)集氣瓶中用排水法收集到的氣體是 。
(6)甲烷是一種重要的化工原料和新型燃料。寫出用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)時(shí)甲烷燃料電池的正極電極反應(yīng)式: 。
解析:(1)碳化鋁(Al4C3)與水反應(yīng)生成氫氧化鋁和甲烷,碳化鋁與稀硫酸反應(yīng)可理解為碳化鋁(Al4C3)與水反應(yīng),產(chǎn)物再與稀硫酸反應(yīng),所以產(chǎn)物為硫酸鋁和甲烷,反應(yīng)方程式為Al4C3+6H2SO42Al2(SO4)3+3CH4↑。
(2)該裝置中要制取氣體,并驗(yàn)證其性質(zhì),加入試劑前,應(yīng)先進(jìn)行的一步操作是檢查裝置的氣密性。
(3)甲烷中碳元素化合價(jià)為-4價(jià),甲烷與氧化銅反應(yīng),碳元素化合價(jià)升高,
1 ml CH4失去7 ml電子,則2 ml CH4失去14 ml電子,反應(yīng)消耗7 ml CuO,故CH4與CuO反應(yīng)的物質(zhì)的量之比為2∶7。根據(jù)原子守恒、電子守恒,可得硬質(zhì)玻璃管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CH4+7CuO7Cu+CO+CO2+4H2O。
(4)A項(xiàng),甲烷不能與溴水反應(yīng),但甲烷能與鹵素單質(zhì)發(fā)生取代反應(yīng),錯(cuò)誤;B項(xiàng),由于酸性高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性,甲烷不能使其褪色,說明在通常條件下,甲烷不能與強(qiáng)氧化劑發(fā)生反應(yīng),正確;C項(xiàng),當(dāng)少量甲烷參加反應(yīng),硬質(zhì)試管中的黑色粉末為氧化銅和少量銅的混合物,也可能為氧化亞銅,黑色粉末也會(huì)無明顯顏色變化,因此不能得出甲烷不與氧化銅反應(yīng)的結(jié)論,錯(cuò)誤;D項(xiàng),當(dāng)氧化銅與甲烷反應(yīng)生成水、二氧化碳和一氧化碳時(shí),硬質(zhì)試管中黑色粉末也能變紅色,因此不能說明兩者反應(yīng)只生成水和二氧化碳,錯(cuò)誤。
(5)制取的CH4在硬質(zhì)玻璃管中與CuO發(fā)生反應(yīng)2CH4+7CuO7Cu+CO+CO2+4H2O,反應(yīng)產(chǎn)生的CO2與澄清石灰水發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CaCO3沉淀,可能未反應(yīng)的CH4及反應(yīng)產(chǎn)生的CO氣體不能溶解,被用排水的方法收集在集氣瓶中,故集氣瓶中用排水法收集到的氣體是CO或CH4、CO。
(6)用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)時(shí),在甲烷燃料電池中通入甲烷的電極為負(fù)極,甲烷失去電子變?yōu)镵2CO3,通入O2的電極為正極,正極上O2得到電子被還原成OH-,故該燃料電池的正極電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O4OH-。
答案:(1)Al4C3+6H2SO42Al2(SO4)3+3CH4↑
(2)檢查裝置的氣密性
(3)2CH4+7CuO7Cu+CO+CO2+4H2O
(4)B
(5)CO(或CO、CH4)
(6)O2+4e-+2H2O4OH-

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