人教版 (新课标)必修2第一节 最简单的有机化合物--甲烷第1课时课后测评

第三章　第一节  第1课时

一、选择题

1．(2015·内蒙古北方重工业集团三中高二期末)据报道，2011年5月3日上升，墨西哥北部一处煤矿发生瓦斯爆炸，造成多名矿工死伤。瓦斯爆炸往往与矿坑中的甲烷有关，下列叙述中错误的是(　　)

A．点燃甲烷不必事先进行验纯

B．甲烷燃烧放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料

C．煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火，以防爆炸事故的发生

D．点燃混有空气的甲烷不一定会爆炸

【解析】　A．甲烷有可燃性气体，点燃前必须先验纯，选A；B.甲烷燃烧放热，是很好的气体燃料，不选B；C.煤矿的矿井中有很多的甲烷气体，容易燃烧爆炸，所以要注意严禁烟火，不选C；D.甲烷气体的爆炸极限为5%～15.4%，所以点燃混有空气的甲烷不一定爆炸，不选D。

【答案】　A

2．(2015·重庆市一中高三期末)下列关于甲烷的叙述中错误的是(　　)

A．甲烷分子具有正四面体结构，两个碳氢键之间的夹角为109°28′

B．甲烷分子中两个氢原子被氯取代后，可形成两种不同结构的分子

C．甲烷是重要的化工原料，其分解产物可用于合成氨和橡胶工业

D．“抽”出坑道中的甲烷，既可用作清洁燃料，又可防止爆炸

【解析】　A．甲烷分子为正四面体结构，所有的键角均为109°28′，正确；B.甲烷分子中的两个氢原子被氯原子取代后，形成的有机物为一种结构而不是两种，错误；C.甲烷在高温下可分解为碳单质和H2，H2可用于合成氨和橡胶工业，正确；D.甲烷可用作清洁燃料，正确。故本题选B。

【答案】　B

3．(2015·浙江省严州中学高一4月阶段性测试)下列反应中，属于取代反应的是(　　)

A．CH4C＋2H2

B．CH3CH===CH2＋Br2CH3CHBrCH2Br

C．CH4＋2O2CO2＋2H2O

D．C2H6＋Cl2C2H5Cl＋HCl

【解析】　A．该反应属于分解反应，错误；B.该反应属于加成反应，错误；C.该反应属于氧化反应，错误；D.C2H6中H原子被Cl原子替换，属于取代反应，正确。

【答案】　D

4．(2015·湖南省益阳市六中高二期中)下列物质中，不能和氯气发生取代反应的是(　　)

A．CH3Cl  B．CCl4

C．CH2Cl2  D．CH4

【解析】　甲烷和氯气发生取代反应时，逐步地四个氢原子被氯原子取代，也就是说最后是四个氢原子都被氯原子取代了，所以四氯化碳就不能再和氯气发生取代反应。

【答案】　B

5．(2015·安阳一中高一下学期二次考试)取1 mol甲烷与4 mol氯气放入一密闭容器中，在光照条件下发生反应，充分反应后，容器中各物质的物质的量之和一定为(　　)

A．1 mol  B．4 mol

C．5 mol  D．无法确定

【解析】　CH4和Cl2的反应是连锁反应，不可能只发生第一步取代反应，生成物为混合物，即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，根据碳原子守恒，四种物质总的物质的量为1 mol；根据化学方程式可知，每生成1 mol HCl就消耗1 mol Cl2，现在有4 mol Cl2参与反应可生成4 mol HCl，所以1 mol CH4和4 mol Cl2充分反应后，容器内各物质的物质的量之和一定为5 mol，C项正确。

【答案】　C

6．(2015·北京市海淀区高三4月模拟)如图所示，集气瓶内充满某混合气体，置于光亮处，将滴管内的水挤入集气瓶后，烧杯中的水会进入集气瓶，集气瓶内气体是(　　)

①CO、O2　②Cl2、CH4　③NO2、O2　④N2、H2

A．①②  B．②④

C．②③  D．③④

【解析】　集气瓶内充满某混合气体，置于光亮处，将滴管内的水挤入集气瓶后，烧杯中的水会进入集气瓶，说明此时集气瓶内的压强减小。CO与氧气在光照条件下不反应，压强无变化，错误；氯气与甲烷在光照条件下发生取代反应生成的HCl易溶于水，使集气瓶内的压强减小，正确；二氧化氮与氧气可与水反应生成硝酸，使压强减小，正确；氮气和氢气在光照条件下不反应，压强不变，错误，则答案选C。

【答案】　C

7．(2015·山东省枣庄市五中高三期末)在常温常压下，向100 mL CH4和Ar的混合气体中通入400 mL O2，点燃使其完全反应，最后在相同条件下得到干燥气体450 mL，则反应前混合气体中CH4和Ar的物质的量之比为(　　)

A．1∶4  B．1∶3

C．1∶2  D．1∶1

【解析】　从反应CH4＋2O2―→CO2＋2H2O看出，3体积的气体反应后剩余1体积气体，100 mL CH4和Ar的混合气体和400 mL O2完全反应后剩余450 mL，反应后气体减少了50 mL，根据差量法，可得CH4为25 mL，则Ar的体积为75 mL，故CH4和Ar的物质的量之比为1∶3，选B。

【答案】　B

8．(2015·新疆兵团农二师华山中学高二(上)开学考试)有4 mL甲烷和一氧化碳的混合气体，完全燃烧时恰好用去了3 mL的氧气，则此混合气体中甲烷和一氧化碳的体积比为(　　)

A．1∶1  B．1∶5

C．5∶1  D．任意比

【解析】　设甲烷的体积为x mL，一氧化碳的体积为y mL，根据反应方程式分别用x、y表示出甲烷、一氧化碳各自消耗的氧气体积，根据二者的体积及消耗氧气的总体积列方程计算。

解：设甲烷的体积为x mL，则：

CH4＋2O2―→CO2＋2H2O，

1　　　2

x mL　2x mL

设一氧化碳的体积为y mL，则：

2CO＋O2―→2CO2

2　　　1

y mL　0.5y mL

由题意可得：

解得：x＝，y＝

所以混合气体中甲烷和一氧化碳的体积比为 mL∶ mL＝1∶5。

【答案】　B

【点拨】　本题考查混合物计算、化学方程式有关计算，难度较小，关键在于清楚反应过程，也可利用十字交叉法计算。

9．(2015·江西白鹭洲中学高二下学期月考)甲烷在高温下可分解生成C2H2和H2。一定量的甲烷部分分解成C2H2和H2后，仍有CH4剩余，所得混合物的平均式量为12.8，则甲烷的分解率为(　　)

A．10%  B．25%

C．50%  D．75%

【解析】　设甲烷的分解率为x，则

　　　2CH4―→C2H2＋3H2，

开始(mol)  2  0  0

结束(mol)  2(1－x)  x  3x

平均式量，数值上等于摩尔质量，则：(2×16)/[2(1－x)＋x＋3x]＝12.8，x＝0.25，即分解率为25%，故选B。

【答案】　B

10．(2015·安徽省铜陵市高一下学期期末)将1 mol CH4和适量的氧气在密闭容器中点燃，充分反应后，甲烷和氧气均无剩余，且产物均为气体(101 kPa,120℃)，其总质量为72 g，下列有关叙述不正确的是(　　)

A．产物的平均摩尔质量为24 g/mol

B．若将产物通过浓硫酸充分吸收后恢复至(101 kPa,120℃)，则压强变为原来的1/3

C．反应中消耗的氧气为56 g

D．若将产物通过碱石灰，则可全被吸收，若通过浓硫酸，则不能被完全吸收

【解析】　1 mol CH4若完全燃烧产生1 mol的CO2和2 mol的H2O，其质量是80 g，若燃烧产生1 mol的CO和2 mol的H2O，其质量是64 g，现在混合物的质量是72 g，则含有CO、CO2、H2O。A.根据元素守恒可知产物的物质的量是3 mol，质量是72 g，所以平均摩尔质量为72 g÷3 mol＝24 g/mol，正确；B.若将产物通过浓硫酸充分吸收后恢复至(101 kPa,120℃)，则水被吸收，由于气体的物质的量是原来的1/3，所以压强变为原来的1/3，正确；C.根据质量守恒定律可知反应中消耗的氧气为72 g－16 g＝56 g，正确；D.若将产物通过碱石灰，由于其中含有CO，不能发生反应，所以不可全被吸收，若通过浓硫酸，由于只能吸收水，所以也不能被完全吸收，错误。

【答案】　D

二、非选择题

11．下列各图均能表示甲烷的分子结构，按要求回答下列问题。

(1)对号入座(填序号)：

甲烷的球棍模型是________，甲烷的电子式是__________。

(2)如果甲烷是平面结构，则CH2Cl2应该有________种结构，实际CH2Cl2有________种结构，证明甲烷不是平面结构，而是________结构，上面________更能反映其真实存在状况。

【解析】　(1)这几种形式都可以表示甲烷这种物质，其中分子结构示意图(A)、球棍模型(C)及比例模型(D)均能反映甲烷分子的空间构型，但其比例模型更能形象地表达出H、C的相对位置及所占比例；电子式(B)只反映原子最外层电子的成键情况。

(2)甲烷的结构式为，其分子空间构型若为平面正方形结构，则二氯甲烷有2种结构、；实际上甲烷为空间正四面体结构，所以二氯甲烷只有1种结构。

【答案】　(1)C　B　(2)2　1　正四面体　D

12．(2015·浙江省杭州地区重点中学高一下学期期中)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，某化学兴趣小组拟在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如图：根据要求填空：

(1)实验室制取Cl2的化学反应方程式为：____________________。

(2)写出CH4与Cl2生成一氯代物的化学反应方程式____________________。

(3)B装置有三种功能：①控制气体流速；②将气体混合均匀；③________。

(4)D装置中的石棉上吸附着KI饱和溶液及KI粉末，其作用是________________________。

(5)E装置的作用是(填编号)：________。

A．收集气体  B．吸收氯气

C．防止倒吸  D．吸收氯化氢

(6)E装置中除了有盐酸生成外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为________________________________________________________________________。

(7)该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，尾气的主要成分是(填编号)________。

A．CH4  B．CH3Cl

C．CH2Cl2  D．CHCl3

E．CCl4

【答案】　(1)4HCl(浓)＋MnO2MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

(2)CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl

(3)干燥混合气体

(4)吸收未参加反应的氯气

(5)C、D　(6)分液　(7)A、B

13．如图所示，某气体X可能由H2、CO、CH4中的一种或几种组成，将X气体燃烧后生成的气体通过A、B两个洗气瓶。试回答下列问题：

(1)若A洗气瓶的质量增加，B洗气瓶的质量不变，则气体X是________；

(2)若A洗气瓶的质量不变，B洗气瓶的质量增加，则气体X是________；

(3)若A、B两个洗气瓶的质量都增加，则X气体可能是(完成下表，可不填满，也可补充)：

【解析】　本题主要考查根据洗气瓶中溶液质量的变化来确定X气体的成分。

2H2＋O22H2O,2CO＋O22CO2，

CH4＋2O2CO2＋2H2O

由浓H2SO4吸收水，石灰水吸收CO2，得：

(1)若A洗气瓶质量增加，B洗气瓶质量不变，则说明X气体燃烧只生成水，故X为H2。

(2)若A洗气瓶质量不变，B洗气瓶质量增加，则说明X气体燃烧只有CO2生成，故X为CO。

(3)若A、B两个洗气瓶质量增加，则说明X气体的燃烧产物既有H2O又有CO2，它可以是CH4或下列组合：H2、CO，H2、CH4，CO、CH4，H2、CO、CH4。

【答案】　(1)H2　(2)CO

(3)

14．已知某种气态矿物燃料含有碳和氢两种元素。为了测定这种燃料中碳和氢两种元素的质量，可将气态燃料放入足量的氧气中燃烧，并使产生的气体全部通入如图所示的装置，得到如下表所列的实验数据(假设产生的气体完全吸收)。

根据实验数据求：

(1)实验完毕后，生成物中水的质量为________g。假设广口瓶里生成一种正盐，其质量为______g。

(2)生成的水中氢元素的质量为________g。

(3)生成的CO2中碳元素的质量为________g。

(4)气态矿物燃料中碳元素与氢元素的质量比为__________。

【解析】　干燥剂应选择只吸收水而不吸收CO2的固体干燥剂，如无水CaCl2。

m(H2O)＝102.9 g－101.1 g＝1.8 g

m(CaCO3)＝×100 g/mol＝5 g

m(H)＝1.8 g×＝0.2 g

m(C)＝×12 g/mol＝0.6 g

m(C)∶m(H)＝0.6∶0.2＝3∶1。

【答案】　(1)1.8　5　(2)0.2　(3)0.6　(4)3∶1

15．(2015·河北省冀州中学高三考试)将含O2和CH4的混合气体充入有23.4 g Na2O2的密闭容器中，电火花点燃，反应结束后，容器内在150℃时压强约为0，将残留物溶于水，无气体逸出。

(1)原混合气体中O2和CH4体积比为________。

(2)残留固体成分________。

【解析】　(1)甲烷燃烧生成水和二氧化碳，过氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气，该反应为2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，过氧化钠与水反应生成氢氧钠和氧气的化学反应为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，依题意，容器内在150℃时压强约为0，将残留物溶于水，无气体逸出，这说明最后产物只能是Na2CO3和NaOH的混合物，根据原子守恒原理(尤其是CH4中C和H原子个数比为1∶4)，可得2CH4＋O2＋6Na2O2===2Na2CO3＋8NaOH，所以原混合气体中O2和CH4体积比为1∶2；(2)根据以上分析可知残留物是碳酸钠和氢氧化钠的混合物。

【答案】　(1)1∶2　(2)Na2CO3和NaOH