新教材高中化學(xué)課時作業(yè)8-1-1天然氣的利用甲烷

課時分層作業(yè)(十)天然氣的利用甲烷(建議用時：40分鐘)[合格過關(guān)練]1．下列物質(zhì)中，在一定條件下，可與甲烷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的是()A．氯氣 B．溴水C．四氯化碳 D．酸性KMnO4溶液A[A項，氯氣與甲烷可以發(fā)生取代反應(yīng)，正確；B項，甲烷不與溴水發(fā)生反應(yīng)，錯誤；C項，甲烷不與四氯化碳發(fā)生反應(yīng)，錯誤；D項，甲烷不與酸性KMnO4溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，錯誤。]2．對的敘述正確的是()A．有兩種結(jié)構(gòu) B．只有一種結(jié)構(gòu)C．含有非極性鍵 D．有四種結(jié)構(gòu)B[甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)是正四面體。若氫原子分別被兩個氯原子、兩個氟原子代替，其結(jié)構(gòu)變?yōu)樗拿骟w，碳原子位于四面體的中心位置，兩個氯原子、兩個氟原子不管從哪個方向與碳原子相連，它們都分別處在相鄰的位置，故只有一種結(jié)構(gòu)，如圖所示。C—Cl、C—F均為極性鍵。]3．下列物質(zhì)中不能和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)的是()A．CH3Cl B．CCl4C．CH2Cl2 D．CH4B[CCl4中的氫原子全部被取代，不能和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)。]4．在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，22.4LCH4與氯氣在光照下發(fā)生取代反應(yīng)，待反應(yīng)完全后，測得四種有機(jī)取代物的物質(zhì)的量相等，則消耗的氯氣為()A．0.5mol B．2molC．2.5mol D．4molC[1molCH4與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25mol，這四種取代物中n(Cl)＝0.25mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5mol。根據(jù)取代反應(yīng)特點，1/2的氯原子進(jìn)入氯化氫，所以n(HCl)＝2.5mol，故生成物中所含氯原子共2.5mol＋2.5mol＝5mol，參加反應(yīng)的氯氣為n(Cl2)＝2.5mol。]5．在常溫、常壓下，取下列四種氣態(tài)烴各1mol，分別在足量的氧氣中燃燒，消耗氧氣最多的是()A．CH4 B．C3H8C．C4H10 D．C2H6C6．一定量的甲烷在O2不足的情況下燃燒，得到CO、CO2和H2O的總質(zhì)量為14.4g，若其中水的質(zhì)量為7.2g，則CO的質(zhì)量是()A．2.8g B．4.4gC．5.6g D．在2.8～5.6g之間A[由氫原子守恒知CH4的物質(zhì)的量為0.2mol。設(shè)CO和CO2的質(zhì)量分別為x和y。則eq\o(\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＋y＝14.4g－7.2g＝7.2g,\f(x,28g·mol－1)＋\f(y,44g·mol－1)＝0.2mol)))，解得x＝2.8g。]7．下列數(shù)值都是烴的相對分子質(zhì)量值，其對應(yīng)的烴一定為烷烴的是()A．44 B．42C．54 D．128A[用CnH2n＋2的Mr＝14n＋2進(jìn)行判斷，44對應(yīng)的烴是C3H8,42對應(yīng)的烴是C3H6,54對應(yīng)的烴是C4H6,128對應(yīng)的烴是C9H20。由于1個C原子與12個H原子的式量之和相等，所以C9H20與C10H8的相對分子質(zhì)量相等，則128對應(yīng)的烴不一定是烷烴。]8．下列關(guān)于CH4和的敘述正確的是()A．均能用CnH2n＋2組成通式來表示B．與所有烷烴互為同素異形體C．因為它們的結(jié)構(gòu)相似，所以它們的化學(xué)性質(zhì)相似，物理性質(zhì)相同D．通常狀況下，它們都是氣態(tài)烷烴A[B項，它們與其他碳原子數(shù)不同的烷烴互為同系物；C項，化學(xué)性質(zhì)相似，但物理性質(zhì)不同；D項，碳原子數(shù)小于或等于4的烷烴及新戊烷在通常狀況下是氣體。]9．下列各圖均能表示甲烷的分子結(jié)構(gòu)，按要求回答下列問題。ABCD(1)甲烷的球棍模型是________，甲烷的電子式是________。(2)如果甲烷是平面結(jié)構(gòu)，則CH2Cl2應(yīng)該有________種結(jié)構(gòu)；實際上CH2Cl2有________種結(jié)構(gòu)，證明甲烷不是平面結(jié)構(gòu)，而是________結(jié)構(gòu)，上面________更能反映其真實存在狀況。[解析](1)這幾種形式都可以表示甲烷這種物質(zhì)，其中分子結(jié)構(gòu)示意圖(A)、球棍模型(C)及填充模型(D)均能反映甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)，但其中填充模型更能形象地表達(dá)出H、C的相對位置及所占比例；電子式(B)只反映原子最外層電子的成鍵情況。(2)甲烷的結(jié)構(gòu)式為，其分子空間結(jié)構(gòu)若為平面正方形結(jié)構(gòu)，則二氯甲烷有2種結(jié)構(gòu)、；實際上甲烷為正四面體結(jié)構(gòu)，所以二氯甲烷只有1種結(jié)構(gòu)。[答案](1)CB(2)21正四面體D[素養(yǎng)培優(yōu)練]10．下列關(guān)于取代反應(yīng)和置換反應(yīng)的說法中正確的是()A．取代反應(yīng)和置換反應(yīng)中一定都有單質(zhì)生成B．取代反應(yīng)和置換反應(yīng)一定都屬于氧化還原反應(yīng)C．取代反應(yīng)大多是可逆的，反應(yīng)速率慢，而置換反應(yīng)一般是單向進(jìn)行的，反應(yīng)速率快D．取代反應(yīng)和置換反應(yīng)的產(chǎn)物都是唯一的，不會有多種產(chǎn)物并存的現(xiàn)象C[取代反應(yīng)產(chǎn)物一般是化合物，A錯誤；取代反應(yīng)有的是氧化還原反應(yīng)，有的不是，B錯誤；取代反應(yīng)有的是逐步進(jìn)行的，因此生成物中可能會存在多種產(chǎn)物共存的現(xiàn)象，D錯誤。]11．在光照的條件下，將1mol甲烷與一定量的氯氣充分混合，經(jīng)過一段時間，甲烷和氯氣均無剩余，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氫。若已知生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的物質(zhì)的量分別為amol、bmol、cmol，該反應(yīng)中消耗的氯氣的物質(zhì)的量是()A．(1＋a＋b＋c)mol B．(2a＋3b＋4C．(1＋a＋2b＋3c)mol D．(a＋b＋cC[根據(jù)碳原子守恒可知生成一氯甲烷的物質(zhì)的量是(1－a－b－c)mol。根據(jù)取代反應(yīng)的特點可知1mol甲烷與一定量的氯氣充分混合，生成幾氯甲烷就消耗摩爾的氯氣，因此消耗的氯氣的物質(zhì)的量為(1－a－b－c)mol＋2amol＋3bmol＋4cmol＝(1＋a＋2b＋12．某兩種氣態(tài)烴組成的混合物2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)充分燃燒，得到0.16mol二氧化碳?xì)怏w和3.6g液態(tài)水。據(jù)此判斷下列分析中不正確的是()A．此氣體中一定含有甲烷B．此氣體若是乙烯與甲烷的混合氣體，則甲烷與乙烯的體積比為2∶3C．此混合氣體中一定不含有丙烷D．此混合氣體中可能含有乙烷D[標(biāo)準(zhǔn)狀況下，2.24L即0.1mol,3.6g液態(tài)水即0.2mol，因此n(烴)∶n(C)∶n(H)＝1∶1.6∶4，混合物的平均分子式為C1.6H4。根據(jù)碳原子數(shù)可知，混合烴中一定含有甲烷(CH4)，又根據(jù)氫原子數(shù)可知另一種氣態(tài)烴分子中氫原子數(shù)為4，A、C正確，D錯誤。設(shè)乙烯(CH2=CH2)和甲烷(CH4)的物質(zhì)的量之比為x∶y，則有(2x＋y)/(x＋y)＝1.6，解得x∶y＝3∶2，B正確。]13．如圖所示，U形管的左端被水和膠塞封閉有甲烷和氯氣(體積比為1∶4)的混合氣體，假定氯氣在水中的溶解度可以忽略。將封閉有甲烷和氯氣的混合氣體的裝置放置在有光的地方，讓混合氣體緩慢地反應(yīng)一段時間。(1)假設(shè)甲烷與氯氣反應(yīng)充分，且只產(chǎn)生一種有機(jī)物，請寫出化學(xué)方程式：_______________________________________________________________。(2)經(jīng)過幾個小時的反應(yīng)后，U形管右端的玻璃管中水柱的變化是________(選填字母序號，下同)。A．升高 B．降低C．不變 D．無法確定(3)U形管左端的氣柱的變化是________。A．體積增大 B．體積減小C．消失 D．不變(4)試解釋U形管右端的玻璃管中水柱變化的原因：________________________________________________________________________________。[解析]CH4與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)是一個連續(xù)的取代過程，生成4種有機(jī)物。當(dāng)限定只產(chǎn)生1種有機(jī)物時，可認(rèn)為CH4中的氫原子完全被取代。[答案](1)CH4＋4Cl2eq\o(→,\s\up10(光照))CCl4＋4HCl(2)B(3)BC(注意：體積消失是體積減小的極限)(4)反應(yīng)中氣體的物質(zhì)的量減小，且生成的HCl能夠溶解于水中，所以左側(cè)壓強減小，故右側(cè)玻璃管中的水柱降低14．甲烷是最簡單的有機(jī)化合物。(1)下列關(guān)于天然氣的敘述中不正確的是________(填字母，下同)。a．天然氣和沼氣的主要成分都是甲烷b．天然氣是一種清潔能源c．天然氣燃燒的廢氣中SO2等污染物的含量少d．天然氣和空氣混合點燃，不會發(fā)生爆炸(2)寫出光照條件下CH4與溴蒸氣反應(yīng)時一個氫原子被取代的化學(xué)方程式：______________________________________________________________________________________________________________________________。(3)完全燃燒一定量的甲烷，其燃燒產(chǎn)物依次通過濃硫酸、堿石灰，使裝有堿石灰的玻璃管增加8.8g。則原來的甲烷在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為________L。(4)CH4和H2混合氣體10mL，完全燃燒后生成6mLCO2氣體(氣體的體積在相同狀況下測定)，則混合氣體中CH4和H2的體積之比為________。a．2∶3 B．3∶2c．2∶1 D．1∶2[解析](1)天然氣和沼氣的主要成分都是CH4，甲烷完全燃燒生成CO2和H2O，所以是一種清潔能源；天然氣中硫元素等含量低，所以燃燒廢氣中SO2等污染物的含量少；天然氣與空氣混合點燃，如果二者比例達(dá)到某一范圍就可能爆炸。(2)類似于與氯氣的取代反應(yīng)。(3)由題意可知m(CO2)＝8.8g，n(CO2)＝0.2mol，根據(jù)碳原子守恒知，n(CH4)＝0.2mol，V(CH4)＝4.48L。(4)CH4＋2O2eq\o(→,\s\up10(點燃))CO2＋2H2O11V(CH4)6mLV(CH4)＝eq\f(6mL×1,1)＝6mLV(H2)＝10mL－6mL＝4mL故V(CH4)∶V(H2)＝6mL∶4mL＝3∶2。[答案](1)d(2)CH4＋Br2eq\o(→,\s\up10(光照))CH3Br＋HBr(3)4.48(4)b15．[素養(yǎng)題]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。某化學(xué)興趣小組在實驗室中模擬上述過程，其設(shè)計的模擬裝置如下：根據(jù)設(shè)計要求回答：(1)B裝置有三種功能：①控制氣流速度；②均勻混合氣體；③_______________________________________________________________。(2)設(shè)V(Cl2)/V(CH4)＝x，若理論上欲獲得最多的氯化氫，則x值應(yīng)________。(3)D裝置的石棉中均勻混有KI粉末，其作用是___________________________________________________________________________________。(4)E裝置的作用是________(填編號)。A．收集氣體 B．吸收氯氣C．防止倒吸 D．吸收氯化氫(5)在C裝置中，經(jīng)過一段時間的強光照射，發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有黑色小顆粒產(chǎn)生，寫出置換出黑色小顆粒的化學(xué)方程式:__________________________。(6)E裝置除生成鹽酸外，還含有有機(jī)物，從E中分離出有機(jī)物的最佳方法為________。該裝置還有缺陷，原因是沒有進(jìn)行尾氣處理，其尾氣主要成分為________(填編號)。a．CH4 b．CH3Clc．CH2Cl2 d．CHCl3e．CCl4[解析](1)B裝置的三個作用為①控制氣流速度；②均勻混合氣體，便于后續(xù)實驗；③干燥混合氣體。(2)當(dāng)反應(yīng)為CH4＋4Cl2eq\o(→,\s\up10(光照))CCl4＋4HCl時生成HCl氣體最多，所以要保證eq\