鲁科版高中化学必修第二册基础练习13烷烃的取代反应官能团和同分异构现象含解析

烷烃的取代反应、官能团和同分异构现象

(建议用时：40分钟)

[基础过关练]

1．下列能表示羟基的是(　　)

A．②　　　　 B．①②

C．②③　　　 D．①②③④

C　[①是氢氧根离子；②为羟基的结构简式；③为羟基的电子式；④是氢氧根离子的电子式。]

2．把纯净的甲烷和氯气混合，用玻璃片盖住瓶口，放在光亮的地方，片刻后移动玻璃片，留一条缝，此时观察到的现象有：①发生爆炸；②瓶口有白雾；③瓶内气体颜色变浅；④瓶内有油状物。其中正确的是 (　　)

A．①②③　　 B．②③④

C．①③④　　 D．①②④

B　[CH4和Cl2在光照条件下生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，随着反应的进行，Cl2不断被消耗，黄绿色逐渐消失，又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为无色油状液体，故试管壁上有油状液滴生成，所生成的HCl遇空气中的水分形成白雾，故②③④正确；因为不是强光照射，混合物不会发生爆炸，故①不正确。]

3．若甲烷与氯气以物质的量之比为1∶3混合，在光照下得到的产物：①CH3Cl、②CH2Cl2、③CHCl3、④CCl4，其中正确的是 (　　)

A．只有①  B．只有③

C．①②③的混合物  D．①②③④的混合物

D　[CH4与Cl2在光照下分步发生取代反应，四步反应同时发生，故四种有机产物共存。]

4．下列有机物中，互为同分异构体的是(　　)

A．①②  B．①③

C．④⑤  D．④⑥

A　[①的分子式是C3H6，②的分子式是C3H6，③的分子式是C3H8，④的分子式是C4H6，⑤的分子式是C4H8，⑥的分子式是C4H10。只有①和②的分子式相同，结构不同，则①和②互为同分异构体。]

5．有4种碳骨架如图所示的烃，下列说法正确的是(　　)

A．a和b互为同分异构体

B．b和c互为同系物

C．a和b都是烷烃

D．只有b和c能发生取代反应

B　[a和b的分子式不同，不互为同分异构体，故A错误；b和c的结构相似，相差1个CH2原子团，都属于烷烃，互为同系物，故B正确；a分子中含有碳碳双键，不属于烷烃，故C错误；a、b、c、d四种物质均能发生取代反应，故D错误。]

6．下列说法正确的是(　　)

A．所有的烷烃，彼此都互为同系物

B．两种化合物的组成元素相同，各元素的质量分数也相同，二者一定是同分异构体

C．相对分子质量相同的几种化合物，一定是同分异构体

D．组成元素及其质量分数相同，且相对分子质量也相同的不同化合物，一定互为同分异构体

D　[含有相同碳原子数的烷烃，分子式相同，属于同分异构体，不属于同系物，A错误；若两种化合物的组成元素相同，各元素的质量分数也相同，则它们的最简式相同。最简式相同的化合物可能是同分异构体，也可能不是同分异构体，如CH3CH2CH2CH3与属于同分异构体，而CH2===CH2与不是同分异构体，B错误；相对分子质量相同的物质很多，如H3PO4和H2SO4，但它们不是同分异构体，C错误；当不同化合物的相对分子质量相同，其组成元素及其质量分数相同，其分子式一定相同，这样的化合物一定是同分异构体，D正确。]

7．下列分子只表示一种物质的是(　　)

A．C3H7Cl  B．C3H8

C．C5H12  D．C4H10

B　[C3H7Cl存在同分异构体：CH3CH2CH2Cl、

CH3CHClCH3，所以不能只表示一种物质，A项错误；C3H8为丙烷，只有一种结构，不存在同分异构体，所以只能表示一种物质，B项正确；C5H12存在同分异构体：CH3CH2CH2CH2CH3、CH3CH2CH(CH3)CH3、C(CH3)4，所以不能只表示一种物质，C项错误；C4H10存在同分异构体：CH3—CH2—CH2—CH3、，所以不能表示一种物质，D项错误。]

8．下列说法中错误的是(　　)

①化学性质相似的有机物互为同系物　②分子组成相差一个或若干个CH2原子团的有机物互为同系物　③若烃中碳、氢元素的质量分数相同，它们必定互为同系物　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

A　[互为同系物的有机物结构相似，化学性质相似，但化学性质相似的有机物不一定互为同系物，①错误；同系物的前提是结构相似，分子组成相差一个或若干个CH2原子团的有机物不一定互为同系物，②错误；C2H4与C3H6具有相同的最简式，碳、氢元素的质量分数相同，但C2H4只能为CH2===CH2，而C3H6若为时，二者不能互为同系物，③错误；同分异构体之间物理性质有差别，若为同一类物质，化学性质相似，若为不同类物质，则化学性质不同，④错误。]

9．烷烃分子可看成由—CH3、—CH2—、等结构组成的。如果某烷烃分子中同时存在这4种基团，所含碳原子数又最少，这种烃分子应含________个碳原子，分子式为________，其结构简式可能为____________________、____________________、____________________，这三种烷烃的一氯代物共有________种。

10.如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(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。将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放置在有光亮的地方，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，且只产生一种有机物，其化学方程式为

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

(2)经过几个小时的反应后，U形管右端的玻璃管中水柱的变化是________。

A．升高  B．降低

C．不变  D．无法确定

(3)U形管中溶液的颜色变化是_____________________________________，

原因是_________________________________________________________

_______________________________________________________________。

(4)若将石蕊溶液换成Na2SiO3溶液，U形管会出现白色沉淀，原因是____________________________________________(用离子方程式解释)。

[解析]　(1)V(CH4)∶V(Cl2)＝1∶4，且只生成一种有机物，故有机产物为CCl4。(2)发生取代反应生成的HCl易溶于水，只有CH3Cl为气体，CH2Cl2、CHCl3、CCl4都是液体，反应后气体的物质的量减小，故U形管两边液差减小，U形管右侧中的水面降低，左侧气柱体积减小。(3)生成的HCl溶于水为盐酸，盐酸使紫色的石蕊溶液变红。(4)盐酸与Na2SiO3溶液发生反应：2H＋＋SiO===H2SiO3↓(白色沉淀)。

[答案]　(1)CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl　(2)B

(3)变红　盐酸使紫色石蕊溶液变红　(4)2H＋＋SiO===H2SiO3↓

[拓展培优练]

11．(素养题)运动会火炬一般使用丙烷作为燃料。下列关于丙烷(C3H8)的说法正确的是(　　)

A．丙烷是一种清洁能源，任何情况下均不与强酸、强碱、氧化剂反应

B．丙烷分子中3个碳原子在一条直线上

C．1 mol 丙烷在光照条件下，最多可以与8 mol Cl2发生取代反应

D．丙烷发生取代反应生成C3H7Cl的结构有3种

C　[根据题意，丙烷可以燃烧，丙烷只含有C、H元素，充分燃烧生成CO2和H2O，所以丙烷是清洁能源，丙烷不能被酸性KMnO4溶液氧化，但是在点燃时能被氧气氧化，A不正确；丙烷分子中所有的碳原子不在同一条直线上，B不正确；丙烷分子式为C3H8，分子中有8个氢原子，每个氢原子被取代需用1个氯原子，消耗1分子Cl2，因此1 mol丙烷发生取代反应最多可与8 mol Cl2反应，C正确；丙烷分子中有3个碳原子，位于两端的两个碳原子相同，所以分子中共有两种碳原子，因此C3H7Cl有2种同分异构体：CH3CH2CH2Cl和。]

12．实验室中常用下面反应制取乙烯气体：

CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O，关于该反应说法错误的是(　　)

A．该反应为取代反应

B．该反应中的有机物共含有羟基和碳碳双键两种官能团

C．反应产生的CH2===CH2所有原子共平面

D．CH3CH2OH属于烃的衍生物

A　[该反应不是取代反应，A错误；乙醇中含有羟基，乙烯中含有碳碳双键，B正确；乙烯分子中两个碳原子和四个氢原子共平面，C正确；乙醇含有C、H、O三种元素，乙醇是烃的衍生物。]

13．(易错题)(双选)环之间共用一个碳原子的化合物称为螺环化合物，螺[2，2]戊烷()是最简单一种。下列关于该化合物的说法正确的是(　　)

A．分子式为C5H8

B．一氯代物有两种同分异构体

C．所有碳原子不可能共平面

D．与丙炔互为同系物

AC　[根据螺[2，2]戊烷()的键线式可知，其分子式为C5H8，选项A正确；螺[2，2]戊烷()中的氢原子都是等效的，故其一氯代物只有一种，选项B错误；螺[2，2]戊烷()中所有碳原子不可能共平面，选项C正确；螺[2，2]戊烷与丙炔结构不相似，不是同类物质，不互为同系物，选项D错误。]

14．利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组通过在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如图所示：

请回答下列问题：

(1)写出甲烷与氯气反应的化学方程式，并判断反应的类型。

(2)理论上欲获得最多的氯化氢，Cl2与CH4的体积比应控制为多少？

(3)分析上述实验装置中B和E的作用。

(4)若D装置的石棉中均匀混有KI粉末，用化学方程式表示其作用。

(5)实验完成后E装置中除生成盐酸外，还含有一定量的有机物，写出此有机物的结构简式和名称。

(6)分析此装置的缺点，并进行改进。

[答案]　(1)CH4和Cl2在漫射光照射条件下发生如下反应：

CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl

CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl

CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl

CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl

反应的类型均为取代反应。

(2)根据取代反应的特点，取代甲烷分子中的1个氢原子需要1个Cl2，因此要获得最大量的HCl，需要将甲烷分子中的所有氢原子全部取代，故Cl2与CH4的体积比应大于等于4。

(3)装置B中盛有浓硫酸，其作用有①干燥甲烷和氯气，并使二者混合均匀；②通过观察气泡的速度可以控制甲烷和氯气的流速，以调节二者的体积比。装置E中盛有水，故用于吸收反应生成的HCl气体，其中的干燥管能起到防止倒吸的作用。

(4)过量的氯气进入D装置，发生反应：Cl2＋2KI===2KCl＋I2，所以D装置可以吸收过量的Cl2。

(5)进入装置E的有机物为CH3Cl(一氯甲烷)。

(6)此装置没有进行尾气处理，其中尾气成分是多余的CH4和产物CH3Cl。可以在装置D与E之间增加一盛有有机溶剂的洗气瓶吸收CH4和CH3Cl。