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人教版 (2019)必修 第二册第一节 认识有机化合物第2课时教学设计
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这是一份人教版 (2019)必修 第二册第一节 认识有机化合物第2课时教学设计，共21页。
第2课时 烷烃的性质
1.了解烷烃的物理性质递变规律和有机化合物的通性。
2.以甲烷为代表学习烷烃的化学性质。
新知探究(一) 烷烃的性质[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．烷烃的物理性质
相似性
递变性(随碳原子数增加)
熔、沸点
较低
逐渐升高
密度
比水小
逐渐增大
状态
气态→液态→固态，
常温常压下碳原子数n≤4的烷烃为气态
溶解性
难溶于水
2．烷烃的化学性质
(1)稳定性
在通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱或酸性高锰酸钾等强氧化剂不发生反应。
(2)燃烧反应
烷烃可以在空气中完全燃烧，发生氧化反应，生成二氧化碳和水，并放出大量的热。如：CH4燃烧的化学方程式为CH4＋2O2CO2＋2H2O，现象为安静地燃烧，火焰呈淡蓝色。C3H8燃烧的反应为C3H8＋5O23CO2＋4H2O。
(3)高温分解
烷烃在较高温度下会发生分解反应，可获得一系列重要的化工基本原料和燃料。
如：CH4C＋2H2
(4)取代反应(以甲烷为例)
①实验探究：甲烷与Cl2的取代反应
实验操作
取两支试管，均通过排饱和食盐水的方法，收集半试管CH4和半试管Cl2。将其中一支试管用铝箔套套上，另一支试管放在光亮处
实验装置
实验现象
a.试管内气体颜色逐渐变浅；b.试管壁出现油状液滴c.试管内，水面上升
无明显现象
实验结论
CH4与Cl2需在光照时才能发生化学反应，有关化学方程式为：
CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl
CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl
CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl
CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl
②甲烷的四种氯代产物的性质及用途
物理性质
水溶性CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水
状态常温下除CH3Cl是气态，其余三种均为液态
用途
CHCl3和CCl4是工业上重要的有机溶剂
③取代反应概念
有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。
3．有机物的通性
(1)大多数有机物的熔点比较低，且难溶于水，易溶于汽油、乙醇、苯等有机溶剂。
(2)大多数有机物容易燃烧，受热会发生分解。
(3)有机物的化学反应比较复杂，常伴有副反应发生，很多反应需要在加热、光照或使用催化剂的条件下进行。
[落实新知能]
1．烷烃熔沸点变化规律：随碳原子数递增，熔沸点逐渐升高；碳原子数相同的烷烃，随支链增加，熔沸点降低。
2．烷烃完全燃烧的通式可表示为
CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O。
3．烷烃的取代反应
反应条件
①和Cl2等卤素单质反应，跟氯水、溴水等不反应②在光照条件下进行
反应特点
多个连锁反应是同时进行的，得到多种烃的取代产物的混合物
等量关系
反应掉卤素单质的物质的量＝生成卤化氢的物质的量＝卤代产物中卤原子的物质的量
[演练新学考]
1．下列有关烷烃的叙述中，正确的是( )
①在烷烃分子中，所有的化学键都是单键
②烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去
③分子通式为CnH2n＋2的烃不一定是烷烃
④所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应
⑤光照条件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色
⑥所有的烷烃都可以在空气中燃烧
A．①②③⑥ B．①④⑥
C．②③④ D．①②③④
解析：选B ①烷烃属于饱和烃，碳与碳之间、碳与氢之间都以单键结合；②烷烃性质稳定，均不能使酸性KMnO4溶液褪色；③分子通式为CnH2n＋2的烃一定是链状烷烃；④烷烃在光照条件下都能与Cl2发生取代反应；⑤C2H6不能与溴水发生取代反应使其褪色，但能与溴蒸气在光照下发生取代反应；⑥烷烃都可以在空气中燃烧生成CO2和H2O。
2．关于烷烃性质的叙述中，不正确的是( )
A．烷烃同系物的熔沸点随分子内碳原子数的增多逐渐升高，常温下的状态由气态递变到液态，再递变到固态
B．烷烃同系物的密度随分子内碳原子数的增多而逐渐增大，从比水轻递变到比水重
C．烷烃跟卤素单质在光照下能发生取代反应
D．烷烃同系物都不能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色
解析：选B 烷烃的密度随碳原子数的增多而逐渐增大，但总比水轻，所以B项错。
3．下列关于甲烷的叙述正确的是( )
A．甲烷分子的立体构型是正四面体，所以CH2Cl2有两种不同构型
B．甲烷可以与氯气发生取代反应，因此，可以使氯水褪色
C．甲烷能够燃烧，在一定条件下会发生爆炸，因此，是矿井安全的重要威胁之一
D．甲烷能使酸性KMnO4溶液褪色
解析：选C A中，由于甲烷是正四面体结构，四个顶点中任意两个氢原子都是相邻关系，故CH2Cl2不存在不同构型；B中，CH4只能跟氯气在光照下反应，与氯水不反应；D中，CH4比较稳定，不能被酸性KMnO4溶液氧化。
4．有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应叫取代反应。下列化学反应中不属于取代反应的是( )
A．CH2Cl2＋Br2CHBrCl2＋HBr
B．CH3OH＋HClCH3Cl＋H2O
答案：C
5．在光照条件下，CH4与Cl2能发生取代反应。使1 mol CH4与Cl2反应，待反应完全后测得四种有机取代产物
的物质的量之比n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)＝1∶2∶3∶4，则消耗的Cl2的物质的量为( )
A．1.0 mol B．2.0 mol
C．3.0 mol D．4.0 mol
解析：选C 在光照条件下，CH4与Cl2发生取代反应时，生成1 mol CH3Cl消耗1 mol氯气，生成1 mol CH2Cl2消耗2 mol氯气，生成1 mol CHCl3消耗3 mol氯气，生成1 mol CCl4消耗4 mol氯气。四种有机取代产物的物质的量之比n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)＝1∶2∶3∶4，根据碳原子守恒可知，生成的n(CH3Cl)、n(CH2Cl2)、n(CHCl3)、n(CCl4)分别是0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol，消耗的Cl2的物质的量为0.1 mol＋2×0.2 mol＋3×0.3 mol＋4×0.4 mol＝3.0 mol。
新知探究(二) 烃的燃烧规律[选考层级]
[难度增一点]
[典例1] 等质量的下列烃完全燃烧，消耗氧气量最多的是( )
A．CH4 B．C2H6
C．C3H6 D．C6H6
[解析] 烃完全燃烧时，12 g C和4 g H均消耗1 mol氧气，因此等质量的烃，氢元素的含量越高，其耗氧量越高。即烃CxHy中越大，其耗氧量越高，A正确。
[答案] A
[典例2] 在常温、常压下，取下列四种气态烃各1 mol，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是( )
A．CH4 B．C3H8
C．C4H10 D．C2H6
[解析] 设此气态烃的分子式为CxHy，其完全燃烧的化学方程式为CxHy＋(x＋)O2―→xCO2＋H2O，则1 mol该烃完全燃烧时耗氧量为(x＋)mol，把选项分别代入(x＋) mol，比较可知C4H10耗氧量最多。
[答案] C
[知能深一点]
1．气态烃完全燃烧体积变化的规律
CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O ΔV＝V后－V前
1 x＋ x
(1)若反应后水为气态，ΔV＝－1。
当y＞4，ΔV＞0，气体总体积变大；
当y＝4，ΔV＝0，气体总体积不变，CH4、C2H4、C3H4符合；
当y＜4，ΔV＜0，气体总体积变小，只有C2H2符合。
(2)若反应后水为液态，ΔV＝－(1＋)，反应后气体体积始终减小，且减小量只与氢原子数有关。
2．等量的不同烃(CxHy)完全燃烧时的耗氧量与产物的量的关系
等质量
等物质的量
耗氧量
越大，耗氧量越多
x＋越大，耗氧量越多
产物量
越大，生成的CO2越少而水越多
x值越大，生成的CO2越多；y越大，生成的水越多
[说明] 越大，则烃中含氢元素的质量分数会越大，质量一定的烃，氢元素的质量就越多，碳元素的质量就越小，而等质量的氢元素和碳元素相比显然氢元素耗氧量多，所以等质量的烃，氢元素质量分数越大，耗氧量就越多，生成的水就越多。同理可以得出最简式相同的不同烃(或它们的混合物)，质量一定时，耗氧量为定值，与各烃的含量无关。
[选考难一点]
1．120 ℃时，1体积某烃和4体积O2混合，完全燃烧后，恢复到原来的温度和压强，测得反应前后气体的体积不变。该烃分子中所含的碳原子数不可能是( )
A．1 B．2
C．3 D．4
解析：选D 烃燃烧通式为CxHy＋(x＋)O2―→xCO2＋H2O(g)，由燃烧前后体积不变，得1＋(x＋)＝x＋(120 ℃)，解得y＝4。依题意，4体积O2为适量或过量，故x＋≤4，因为y＝4，故x≤3。
2．a mL三种气态烃组成的混合物与足量氧气混合，点燃爆炸后，恢复到原来的状态(常温、常压)，体积共缩小2a mL。则三种烃可能是( )
A．CH4、C2H4、C3H4 B．C2H6、C3H6、C4H6
C．CH4、C2H6、C3H8 D．C2H4、C2H2、CH4
解析：选A 设三种气态烃的平均分子组成为CnHm
CnHm＋O2nCO2＋H2O(l) 体积减少
1 n＋ n 1＋
a 2a
＝，m＝4。
3．有CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C2H2五种气态烃。
(1)若取相同质量的上述各烃完全燃烧，消耗氧气最多的是______，生成CO2体积(相同状况)最大的是______。
(2)若取相同体积(相同状况)的上述各烃完全燃烧，消耗O2最多的是________，生成H2O最少的是________。
解析：(1)等质量的各烃，含氢量最大的耗氧最多，即甲烷；含碳量最大的生成的二氧化碳最多，即C2H2。
(2)根据阿伏加德罗定律，相同体积(相同状况)的题述各烃物质的量相等，各取1 mol以便于计算，则CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C2H2五种气态烃分别耗氧：1＋ mol、2＋ mol、2＋ mol、3＋ mol、2＋ mol。故耗氧量最多的是C3H8。根据氢原子守恒，生成水最少的是C2H2。
答案：(1)CH4 C2H2 (2)C3H8 C2H2
4．(1)请写出链状烷烃CnH2n＋2(n≥1)在足量的氧气中充分燃烧的化学方程式：________________________________________________________________________。
有①甲烷、②乙烷、③丙烷、④丁烷4种烷烃
试回答下列各题(填序号)：
(2)相同状况下，等体积的上述气态烃充分燃烧，消耗O2的量最多的是________。
(3)等质量的上述气态烃，在充分燃烧时，消耗O2的量最多的是________。
(4)10 mL某气态烃，在50 mL O2中充分燃烧，得到液态水，以及体积为35 mL的混合气体(所有气体体积均在同温、同压下测定)。该气态烃是________。
解析：(1)烷烃CnH2n＋2燃烧的化学方程式为CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O。(2)相同状况下，等体积即物质的量相同，消耗O2的量取决于，即丁烷消耗O2的量最多。(3)等质量时耗O2量取决于氢的含量，即甲烷耗O2量最多。(4)反应前后体积之差为25 mL，根据燃烧化学方程式可知该烃为乙烷。
答案：(1)CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O
(2)④ (3)① (4)②
新知探究(三) 烃的氯代物同分异构体数目的判断[选考层级]
[难度增一点]
[典例1] 分子式为C5H11Cl的同分异构体共有( )
A．6种 B．7种
C．8种 D．9种
[解析] C5H11Cl可看成C5H12有1个H被1个Cl取代得到的产物，C5H12有正戊烷、异戊烷和新戊烷3种同分异构体，其中有1个H被Cl取代分别有3种、4种和1种结构，即符合该分子式的同分异构体共有3＋4＋1＝8种。
[答案] C
[典例2] 分子式为C3H6Cl2的有机物共有(不考虑立体异构)( )
A．2种 B．3种
C．4种 D．5种
[解析] 分子式为C3H6Cl2的有机物有CHCl2CH2CH3、CH3CCl2CH3、CH2ClCHClCH3、CH2ClCH2CH2Cl，共4种。
[答案] C
[知能深一点]
1．烃的一氯代物同分异构体数目的判断——“等效氢法”
若烃有n种不同的等效氢，其一元取代物就有n种。
等效氢原子的确定原则：
(1)同一碳原子上的氢为等效氢。
2．烃的二氯代物同分异构体数目的判断——“定一移一法”
(1)先写出烃的同分异构体。
(2)然后再利用“定一移一”法，即先固定一个氯原子的位置，再移动另一个氯原子，以确定同分异构体的数目，同时要仔细考虑是否出现重复或遗漏的情况。
[选考难一点]
1．下列烷烃在光照下与氯气反应，生成的一氯代烃种类最多的是( )
解析：选B 根据等效氢法分析可知，A有1种，B有3种，C有2种，D有2种。
2．分子式为C4H8Cl2的有机物有(不含立体异构)( )
A．7种 B．8种
C．9种 D．10种
3．下列烷烃在光照下与氯气反应，生成3种二氯代烃的是( )
4．分子式为C4H8BrCl的有机物共有(不含立体异构)( )
A．8种 B．10种
C．12种 D．14种
解析：选C 可利用“定一移一”法，正丁烷有两种等效氢，Br定位1号碳原子时，Cl位置有，Br定位2号碳原子时，Cl位置有，异丁烷有两种等效氢，Br定位1号碳原子时，Cl位置有，Br定位2号碳原子时，Cl位置有，共4＋4＋3＋1＝12(种)。
A级—学业水平考试达标练
1．大多数有机化合物不具有的性质是( )
A．熔、沸点高 B．易燃烧
C．热稳定性差 D．反应慢且副反应多
解析：选A 大多数有机物的熔、沸点较低，A错误；易燃烧、热稳定性差，反应缓慢且副反应较多。
2．下列叙述错误的是( )
A．通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不反应
B．甲烷是正四面体结构
C．甲烷跟氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3，还是CCl4，都属于取代反应
D．甲烷的四种取代产物常温下均为液体
解析：选D 通常情况下甲烷较稳定，不与强酸、强碱和强氧化剂反应，A正确；甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，B正确；甲烷与Cl2在光照时发生取代反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4及HCl五种产物，其中四种有机产物中CH3Cl为气体，CH2Cl2、CHCl3、CCl4为液体，C正确，D错误。
3．下列烷烃的沸点如表所示：
物质
甲烷
乙烷
丁烷
戊烷
沸点
－162 ℃
－89 ℃
－1 ℃
＋36 ℃
根据以上数据推断丙烷的沸点可能是( )
A．约－40 ℃ B．低于－162 ℃
C．低于－89 ℃ D．高于＋36 ℃
解析：选A 烷烃随分子中碳原子数的增加，沸点逐渐升高，丙烷的沸点介于乙烷和丁烷之间。
4．液化石油气中含有丙烷，且丙烷中C原子成键特点与CH4中碳原子相似，性质相似。下列有关丙烷的叙述中不正确的是( )
A．分子中碳原子不在一条直线上
B．光照下能够发生取代反应
C．丙烷与甲烷不是同系物
D．丙烷不能使酸性KMnO4溶液褪色
解析：选C 结合CH4中C原子成键特点知丙烷分子中C原子不在同一条直线上，A正确；丙烷光照下能与Cl2等卤素单质发生取代反应，B正确；丙烷与甲烷均为烷烃，互为同系物，C错误；丙烷性质稳定，不能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色，D正确。
5.取一支硬质大试管，通过排饱和NaCl溶液的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图)，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是( )
A．反应过程中试管内黄绿色逐渐消失，试管壁上有油珠产生
B．甲烷和Cl2反应后的产物有4种
C．盛放饱和NaCl溶液的水槽底部不会有晶体析出
D．CH4和Cl2完全反应后液面上升，液体充满试管
解析：选A Cl2被消耗后，黄绿色消失，生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为油状液体，所以试管壁上有油珠产生，A项正确；CH4与Cl2反应生成4种有机物和1种无机物，共有5种产物，B项错误；CH4与Cl2反应后最多的产物是HCl，HCl溶于饱和NaCl溶液会有NaCl晶体析出，C项错误；取代产物CH2Cl2、CHCl3、CCl4是油状液体，而CH3Cl是气体，不溶于饱和NaCl溶液，故液体不会充满试管，D项错误。
6．有机物分子里的原子(或原子团)被其他原子(或原子团)所替代的反应叫做取代反应，下列反应中属于取代反应的是( )
A．AgNO3＋HCl===AgCl↓＋HNO3
B．CH4＋2O2CO2＋2H2O
C．CH2Br2＋Cl2CHClBr2＋HCl
D．CH3CH2OHCH2CH2↑＋H2O
解析：选C A项不是有机反应，不属于取代反应，B项反应为CH4的燃烧，属于氧化反应，C项为取代反应，D项没有原子或原子团被替代，不属于取代反应。
7．在标准状况下，22.4 L CH4与氯气在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代产物的物质的量相等，则消耗的氯气为( )
A．0.5 mol B．2 mol
C．2.5 mol D．4 mol
解析：选C 根据题中信息可知发生取代反应生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25 mol，这四种取代产物中n(Cl)＝0.25 mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5 mol；取代反应中的氯原子进入HCl，即n(HCl)＝2.5 mol，故生成物中所含氯原子共2.5 mol＋2.5 mol＝5 mol，则参加反应的氯气为n(Cl2)＝2.5 mol。
8．分子式为C4H10的烃的一氯代物的同分异构体有( )
A．3种 B．4种
C．5种 D．6种
解析：选B 分子式为C4H10的烃有两种同分异构体：CH3CH2CH2CH3(正丁烷)和CH3CHCH3CH3(异丁烷)，正丁烷和异丁烷各有2种不同化学环境的氢原子，故C4H10的一氯取代物有4种。
9．下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是( )
A．甲烷与氯气以物质的量之比1∶1混合时发生取代反应只生成CH3Cl
B．甲烷与氯气的取代反应产物中CH3Cl最多
C．甲烷与氯气的取代反应产物为混合物
D．1 mol甲烷生成CCl4，最多消耗2 mol氯气
解析：选C 甲烷与氯气一旦反应，不会停止在某一步，四种有机产物都会产生，得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确；甲烷与氯气的取代反应中每取代1 mol H原子，消耗1 mol氯气，生成1 mol HCl，故产生的HCl最多，B错误；1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯气，D项错误。
10．将装有甲烷和氯气混合气体的三只集气瓶，用玻璃片把瓶口盖好后，分别作如下处理，各有怎样的现象发生？
(1)置于黑暗处_____________________________________________________________。
(2)将点燃的镁条靠近集气瓶外壁___________________________________________。
(3)放在光亮的教室里________________________________________________。
(4)甲烷和氯气发生的一系列反应都是______反应(填反应类型)，生成的产物中常用做有机溶剂的是______，可用做灭火剂的是_________。
解析：(1)将甲烷和氯气的混合气体置于暗处，由于二者反应是在光照下进行的，在黑暗处不会发生反应。(2)将点燃的镁条靠近集气瓶，则因光太强烈，能发生爆炸。(3)放于光亮的教室里，反应较平缓地发生，可观察到的现象：黄绿色逐渐变浅，最后完全褪色，瓶壁上出现油状液体。(4)甲烷和氯气的反应是典型的取代反应，其产物中有机物共4种，常用做有机溶剂的是CHCl3、CCl4，用做灭火剂的是CCl4。
答案：(1)无明显现象 (2)发生爆炸 (3)黄绿色逐渐变浅，最后消失，瓶壁上出现油状液滴 (4)取代 CHCl3、CCl4 CCl4
11.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度可忽略)，将该装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。
(1)假设甲烷与氯气充分反应，且只产生一种有机物，请写出发生反应的化学方程式：_____________________________________________。
(2)若题目中甲烷与氯气的体积之比为1∶1，则得到的产物为_____(填标号)。
A．CH3Cl HCl
B．CCl4 HCl
C．CH3Cl CH2Cl2
D．CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl
(3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是____(填标号)
A．升高 B．降低
C．不变 D．无法确定
(4)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到_____________________________。(已知硅酸是一种白色的难溶于水的弱酸)
(5)右端玻璃管的作用是_______________________________________________。
解析：(1)因Cl2足量，与CH4充分反应，CH4中的4个H原子完全被取代，生成CCl4和HCl，即CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl。(2)甲烷的取代反应，四步反应同时进行，故得到四种氯代产物和HCl。(3)二者在光照条件下发生取代反应，U形管左端生成的HCl极易溶于水，压强减小，U形管右端液面下降，左侧液面升高。(4)左侧生成的HCl溶于水后发生反应2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl，即看到有白色胶状沉淀产生。(5)为了平衡气压，在U形管右侧插有一个玻璃管。
答案：(1)CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl (2)D (3)B (4)有白色胶状沉淀生成 (5)平衡气压
12．燃烧法是测定有机化合物分子式的一种重要方法。以下是通过燃烧法推断物质组成的过程，请回答下列问题：
(1)某物质A在氧气中完全燃烧只生成二氧化碳和水。则说明________(填字母)。
A．A一定是烃
B．A一定含有C、H两种元素，肯定不含氧元素
C．A一定含有C、H两种元素，可能含有氧元素
D．A一定含有C、H、O三种元素
(2)甲烷在空气中完全燃烧的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
若2.24 L(标准状况下)甲烷完全燃烧后，将生成的气体通过足量碱石灰，那么碱石灰增重的质量是________g。
解析：(1)A在氧气中完全燃烧只生成二氧化碳和水，说明A一定含有C、H两种元素，由于氧气参与反应，故无法确定是否含有氧元素。
(2)由甲烷完全燃烧的化学方程式CH4＋2O2CO2＋2H2O知，2.24 L(0.1 mol)甲烷完全燃烧生成0.1 mol CO2和0.2 mol H2O，通过碱石灰被完全吸收，碱石灰增重为0.1 mol×44 g·mol－1＋0.2 mol×18 g·mol－1＝8 g。
答案：(1)C (2)CH4＋2O2CO2＋2H2O 8
B级—选考等级考试增分练
1．下列化学式只表示一种物质的是( )
A．C3H7Cl B．C3H8
C．C2H4Cl2 D．C
解析：选B C3H7Cl中的氯原子可以连在端点碳原子上，也可以连在中间碳原子上，有两种结构，C3H7Cl可表示两种物质，A项不符合题意；C3H8不存在同分异构体，只表示一种物质，B项符合题意；C2H4Cl2中的两个氯原子可同时连在同一个碳原子上，也可分别连在两个碳原子上，有两种结构，C项不符合题意；金刚石、石墨、碳纳米管等都是由碳元素形成的单质，均可用C表示，D项不符合题意。
2．硅与碳属于同族元素，有一类由Si和H形成的有机硅化合物称“硅烷”，硅烷的组成、结构与相应的烷烃相似。下列叙述中不正确的是( )
A．链状硅烷的通式为SinH2n＋2(n≥1)
B．乙硅烷(SiH3SiH3)的二氯代物有两种同分异构体
C．甲硅烷(SiH4)沸点比甲烷(CH4)低
D．甲硅烷热稳定性小于甲烷
解析：选C 由链状烷烃通式CnH2n＋2可推知链状硅烷通式为SinH2n＋2(n≥1)，A正确；乙硅烷的二氯代物可取代同一或不同硅上的H，即其二氯代物有两种同分异构体，B正确；相对分子质量：甲硅烷＞甲烷，即沸点：甲硅烷＞甲烷，C错误；非金属性：Si＜C，则热稳定性：甲硅烷＜甲烷，D正确。
3．一定量的甲烷在O2不足的情况下燃烧，得到CO、CO2和H2O的总质量为14.4 g，若其中水的质量为7.2 g，则CO的质量是( )
A．2.8 g B．4.4 g
C．5.6 g D．在2.8 g～5.6 g之间
解析：选A 生成7.2 g H2O，即n(H2O)＝＝0.4 mol，根据H原子守恒可知，n(CH4)＝0.2 mol。设CO和CO2的质量分别为x，y，则
解得x＝2.8 g。
4．由两种气态烃组成的混合烃的总物质的量与该混合烃充分燃烧后所得气体产物(二氧化碳和水蒸气)的物质的量的变化关系如图所示，以下对混合烃组成的判断中正确的是( )
A．一定有乙烯 B．一定没有甲烷
C．一定有丙烷 D．一定没有乙烷
解析：选D 由图像可知1 mol该混合烃充分燃烧，生成H2O(g)和CO2的物质的量分别为n(H2O)＝2 mol，n(CO2)＜2 mol，则该混合烃可写成CxH4的形式，其中1＜x＜2，则混合烃中一定含有CH4，可能含有乙烯，一定没有丙烷和乙烷。
5．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下：
根据设计要求回答：
(1)B装置有三种功能：①控制气流速度；②均匀混合气体；③____________。
(2)设V(Cl2)/V(CH4)＝x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应________。
(3)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是_________________________。
(4)E装置的作用是____________(填字母)。
A．收集气体 B．吸收氯气
C．防止倒吸 D．吸收氯化氢
(5)在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式：__________________________________________。
(6)E装置除生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出有机物的最佳方法为________。该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为________(填字母)。
a．CH4 b．CH3Cl c．CH2Cl2
d．CHCl3 e．CCl4
解析：(1)B装置的三个作用为①控制气流速度从而达到合适的反应比例；②均匀混合气体，便于后续实验；③干燥混合气体。(2)当发生反应：CH4＋4Cl2―→CCl4＋4HCl时生成HCl最多，即要保证x≥4。(3)KI能吸收多余的Cl2，即Cl2＋2KI===2KCl＋I2。(4)E装置既吸收反应生成的HCl气体，同时还防止倒吸。(5)根据信息知黑色小颗粒应为碳粉，即该反应为CH4＋2Cl2―→C＋4HCl。(6)分离难溶于水的油状液体可用分液法。该实验中所得尾气的主要成分是CH4和CH3Cl。
答案：(1)干燥混合气体 (2)≥4(即大于或等于4)
(3)吸收过量的氯气 (4)CD (5)CH4＋2Cl2―→C＋4HCl (6)分液 ab
6．(1)完全燃烧0.1 mol某烃，燃烧产物依次通过浓硫酸、浓碱液，实验结束后，称得浓硫酸增重9 g，浓碱液增重17.6 g。该烃的化学式为____________，并写出其所有可能的结构简式：________________________________________________________________________。
(2)某链状烷烃的相对分子质量为128，该烷烃的化学式为__________________。
(3)在常温常压下有CH4、C2H6、C3H8和C4H10四种气态烃。
①取等物质的量的四种气态烃，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是________________(填分子式)。
②取等质量的四种气态烃，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是____________________(填分子式)。
解析：(1)浓硫酸的作用是吸水，浓硫酸增加的质量为H2O的质量，根据氢原子守恒，烃中n(H)＝9× mol＝1 mol，浓碱液吸收CO2，浓碱液增重的质量是CO2的质量，根据碳原子守恒，烃中n(C)＝ mol＝0.4 mol，因此1 mol烃中含C为4 mol，含H为10 mol，即分子式为C4H10，含有的同分异构体是正丁烷和异丁烷，其结构简式分别是CH3—CH2—CH2—CH3、。
(2)根据链状烷烃的通式CnH2n＋2，相对分子质量为128，即14n＋2＝128，解得n＝9，分子式为C9H20。
(3)1 mol CxHy的耗氧量为(x＋) mol，由各烃分子式中C、H原子数目可知，相同物质的量各烃，C4H10的耗氧量最大。等质量的各烃，烃中氢元素质量分数越大，消耗氧气越多，碳元素质量分数越大，生成二氧化碳越多，CH4、C2H6、C3H8、C4H10的C、H原子数目之比分别为1∶4、1∶3、3∶8、1∶2.5，故CH4中氢元素质量分数最大，等质量的各烃中CH4消耗氧气最多。
答案：(1)C4H10 CH3—CH2—CH2—CH3、
(2)C9H20 (3)①C4H10 ②CH4
第2课时 烷烃的性质
1.了解烷烃的物理性质递变规律和有机化合物的通性。
2.以甲烷为代表学习烷烃的化学性质。
新知探究(一) 烷烃的性质[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．烷烃的物理性质
相似性
递变性(随碳原子数增加)
熔、沸点
较低
逐渐升高
密度
比水小
逐渐增大
状态
气态→液态→固态，
常温常压下碳原子数n≤4的烷烃为气态
溶解性
难溶于水
2．烷烃的化学性质
(1)稳定性
在通常情况下，烷烃比较稳定，与强酸、强碱或酸性高锰酸钾等强氧化剂不发生反应。
(2)燃烧反应
烷烃可以在空气中完全燃烧，发生氧化反应，生成二氧化碳和水，并放出大量的热。如：CH4燃烧的化学方程式为CH4＋2O2CO2＋2H2O，现象为安静地燃烧，火焰呈淡蓝色。C3H8燃烧的反应为C3H8＋5O23CO2＋4H2O。
(3)高温分解
烷烃在较高温度下会发生分解反应，可获得一系列重要的化工基本原料和燃料。
如：CH4C＋2H2
(4)取代反应(以甲烷为例)
①实验探究：甲烷与Cl2的取代反应
实验操作
取两支试管，均通过排饱和食盐水的方法，收集半试管CH4和半试管Cl2。将其中一支试管用铝箔套套上，另一支试管放在光亮处
实验装置
实验现象
a.试管内气体颜色逐渐变浅；b.试管壁出现油状液滴c.试管内，水面上升
无明显现象
实验结论
CH4与Cl2需在光照时才能发生化学反应，有关化学方程式为：
CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl
CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl
CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl
CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl
②甲烷的四种氯代产物的性质及用途
物理性质
水溶性CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水
状态常温下除CH3Cl是气态，其余三种均为液态
用途
CHCl3和CCl4是工业上重要的有机溶剂
③取代反应概念
有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。
3．有机物的通性
(1)大多数有机物的熔点比较低，且难溶于水，易溶于汽油、乙醇、苯等有机溶剂。
(2)大多数有机物容易燃烧，受热会发生分解。
(3)有机物的化学反应比较复杂，常伴有副反应发生，很多反应需要在加热、光照或使用催化剂的条件下进行。
[落实新知能]
1．烷烃熔沸点变化规律：随碳原子数递增，熔沸点逐渐升高；碳原子数相同的烷烃，随支链增加，熔沸点降低。
2．烷烃完全燃烧的通式可表示为
CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O。
3．烷烃的取代反应
反应条件
①和Cl2等卤素单质反应，跟氯水、溴水等不反应②在光照条件下进行
反应特点
多个连锁反应是同时进行的，得到多种烃的取代产物的混合物
等量关系
反应掉卤素单质的物质的量＝生成卤化氢的物质的量＝卤代产物中卤原子的物质的量
[演练新学考]
1．下列有关烷烃的叙述中，正确的是( )
①在烷烃分子中，所有的化学键都是单键
②烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去
③分子通式为CnH2n＋2的烃不一定是烷烃
④所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应
⑤光照条件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色
⑥所有的烷烃都可以在空气中燃烧
A．①②③⑥ B．①④⑥
C．②③④ D．①②③④
解析：选B ①烷烃属于饱和烃，碳与碳之间、碳与氢之间都以单键结合；②烷烃性质稳定，均不能使酸性KMnO4溶液褪色；③分子通式为CnH2n＋2的烃一定是链状烷烃；④烷烃在光照条件下都能与Cl2发生取代反应；⑤C2H6不能与溴水发生取代反应使其褪色，但能与溴蒸气在光照下发生取代反应；⑥烷烃都可以在空气中燃烧生成CO2和H2O。
2．关于烷烃性质的叙述中，不正确的是( )
A．烷烃同系物的熔沸点随分子内碳原子数的增多逐渐升高，常温下的状态由气态递变到液态，再递变到固态
B．烷烃同系物的密度随分子内碳原子数的增多而逐渐增大，从比水轻递变到比水重
C．烷烃跟卤素单质在光照下能发生取代反应
D．烷烃同系物都不能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色
解析：选B 烷烃的密度随碳原子数的增多而逐渐增大，但总比水轻，所以B项错。
3．下列关于甲烷的叙述正确的是( )
A．甲烷分子的立体构型是正四面体，所以CH2Cl2有两种不同构型
B．甲烷可以与氯气发生取代反应，因此，可以使氯水褪色
C．甲烷能够燃烧，在一定条件下会发生爆炸，因此，是矿井安全的重要威胁之一
D．甲烷能使酸性KMnO4溶液褪色
解析：选C A中，由于甲烷是正四面体结构，四个顶点中任意两个氢原子都是相邻关系，故CH2Cl2不存在不同构型；B中，CH4只能跟氯气在光照下反应，与氯水不反应；D中，CH4比较稳定，不能被酸性KMnO4溶液氧化。
4．有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应叫取代反应。下列化学反应中不属于取代反应的是( )
A．CH2Cl2＋Br2CHBrCl2＋HBr
B．CH3OH＋HClCH3Cl＋H2O
答案：C
5．在光照条件下，CH4与Cl2能发生取代反应。使1 mol CH4与Cl2反应，待反应完全后测得四种有机取代产物
的物质的量之比n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)＝1∶2∶3∶4，则消耗的Cl2的物质的量为( )
A．1.0 mol B．2.0 mol
C．3.0 mol D．4.0 mol
解析：选C 在光照条件下，CH4与Cl2发生取代反应时，生成1 mol CH3Cl消耗1 mol氯气，生成1 mol CH2Cl2消耗2 mol氯气，生成1 mol CHCl3消耗3 mol氯气，生成1 mol CCl4消耗4 mol氯气。四种有机取代产物的物质的量之比n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)＝1∶2∶3∶4，根据碳原子守恒可知，生成的n(CH3Cl)、n(CH2Cl2)、n(CHCl3)、n(CCl4)分别是0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol，消耗的Cl2的物质的量为0.1 mol＋2×0.2 mol＋3×0.3 mol＋4×0.4 mol＝3.0 mol。
新知探究(二) 烃的燃烧规律[选考层级]
[难度增一点]
[典例1] 等质量的下列烃完全燃烧，消耗氧气量最多的是( )
A．CH4 B．C2H6
C．C3H6 D．C6H6
[解析] 烃完全燃烧时，12 g C和4 g H均消耗1 mol氧气，因此等质量的烃，氢元素的含量越高，其耗氧量越高。即烃CxHy中越大，其耗氧量越高，A正确。
[答案] A
[典例2] 在常温、常压下，取下列四种气态烃各1 mol，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是( )
A．CH4 B．C3H8
C．C4H10 D．C2H6
[解析] 设此气态烃的分子式为CxHy，其完全燃烧的化学方程式为CxHy＋(x＋)O2―→xCO2＋H2O，则1 mol该烃完全燃烧时耗氧量为(x＋)mol，把选项分别代入(x＋) mol，比较可知C4H10耗氧量最多。
[答案] C
[知能深一点]
1．气态烃完全燃烧体积变化的规律
CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O ΔV＝V后－V前
1 x＋ x
(1)若反应后水为气态，ΔV＝－1。
当y＞4，ΔV＞0，气体总体积变大；
当y＝4，ΔV＝0，气体总体积不变，CH4、C2H4、C3H4符合；
当y＜4，ΔV＜0，气体总体积变小，只有C2H2符合。
(2)若反应后水为液态，ΔV＝－(1＋)，反应后气体体积始终减小，且减小量只与氢原子数有关。
2．等量的不同烃(CxHy)完全燃烧时的耗氧量与产物的量的关系
等质量
等物质的量
耗氧量
越大，耗氧量越多
x＋越大，耗氧量越多
产物量
越大，生成的CO2越少而水越多
x值越大，生成的CO2越多；y越大，生成的水越多
[说明] 越大，则烃中含氢元素的质量分数会越大，质量一定的烃，氢元素的质量就越多，碳元素的质量就越小，而等质量的氢元素和碳元素相比显然氢元素耗氧量多，所以等质量的烃，氢元素质量分数越大，耗氧量就越多，生成的水就越多。同理可以得出最简式相同的不同烃(或它们的混合物)，质量一定时，耗氧量为定值，与各烃的含量无关。
[选考难一点]
1．120 ℃时，1体积某烃和4体积O2混合，完全燃烧后，恢复到原来的温度和压强，测得反应前后气体的体积不变。该烃分子中所含的碳原子数不可能是( )
A．1 B．2
C．3 D．4
解析：选D 烃燃烧通式为CxHy＋(x＋)O2―→xCO2＋H2O(g)，由燃烧前后体积不变，得1＋(x＋)＝x＋(120 ℃)，解得y＝4。依题意，4体积O2为适量或过量，故x＋≤4，因为y＝4，故x≤3。
2．a mL三种气态烃组成的混合物与足量氧气混合，点燃爆炸后，恢复到原来的状态(常温、常压)，体积共缩小2a mL。则三种烃可能是( )
A．CH4、C2H4、C3H4 B．C2H6、C3H6、C4H6
C．CH4、C2H6、C3H8 D．C2H4、C2H2、CH4
解析：选A 设三种气态烃的平均分子组成为CnHm
CnHm＋O2nCO2＋H2O(l) 体积减少
1 n＋ n 1＋
a 2a
＝，m＝4。
3．有CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C2H2五种气态烃。
(1)若取相同质量的上述各烃完全燃烧，消耗氧气最多的是______，生成CO2体积(相同状况)最大的是______。
(2)若取相同体积(相同状况)的上述各烃完全燃烧，消耗O2最多的是________，生成H2O最少的是________。
解析：(1)等质量的各烃，含氢量最大的耗氧最多，即甲烷；含碳量最大的生成的二氧化碳最多，即C2H2。
(2)根据阿伏加德罗定律，相同体积(相同状况)的题述各烃物质的量相等，各取1 mol以便于计算，则CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C2H2五种气态烃分别耗氧：1＋ mol、2＋ mol、2＋ mol、3＋ mol、2＋ mol。故耗氧量最多的是C3H8。根据氢原子守恒，生成水最少的是C2H2。
答案：(1)CH4 C2H2 (2)C3H8 C2H2
4．(1)请写出链状烷烃CnH2n＋2(n≥1)在足量的氧气中充分燃烧的化学方程式：________________________________________________________________________。
有①甲烷、②乙烷、③丙烷、④丁烷4种烷烃
试回答下列各题(填序号)：
(2)相同状况下，等体积的上述气态烃充分燃烧，消耗O2的量最多的是________。
(3)等质量的上述气态烃，在充分燃烧时，消耗O2的量最多的是________。
(4)10 mL某气态烃，在50 mL O2中充分燃烧，得到液态水，以及体积为35 mL的混合气体(所有气体体积均在同温、同压下测定)。该气态烃是________。
解析：(1)烷烃CnH2n＋2燃烧的化学方程式为CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O。(2)相同状况下，等体积即物质的量相同，消耗O2的量取决于，即丁烷消耗O2的量最多。(3)等质量时耗O2量取决于氢的含量，即甲烷耗O2量最多。(4)反应前后体积之差为25 mL，根据燃烧化学方程式可知该烃为乙烷。
答案：(1)CnH2n＋2＋O2nCO2＋(n＋1)H2O
(2)④ (3)① (4)②
新知探究(三) 烃的氯代物同分异构体数目的判断[选考层级]
[难度增一点]
[典例1] 分子式为C5H11Cl的同分异构体共有( )
A．6种 B．7种
C．8种 D．9种
[解析] C5H11Cl可看成C5H12有1个H被1个Cl取代得到的产物，C5H12有正戊烷、异戊烷和新戊烷3种同分异构体，其中有1个H被Cl取代分别有3种、4种和1种结构，即符合该分子式的同分异构体共有3＋4＋1＝8种。
[答案] C
[典例2] 分子式为C3H6Cl2的有机物共有(不考虑立体异构)( )
A．2种 B．3种
C．4种 D．5种
[解析] 分子式为C3H6Cl2的有机物有CHCl2CH2CH3、CH3CCl2CH3、CH2ClCHClCH3、CH2ClCH2CH2Cl，共4种。
[答案] C
[知能深一点]
1．烃的一氯代物同分异构体数目的判断——“等效氢法”
若烃有n种不同的等效氢，其一元取代物就有n种。
等效氢原子的确定原则：
(1)同一碳原子上的氢为等效氢。
2．烃的二氯代物同分异构体数目的判断——“定一移一法”
(1)先写出烃的同分异构体。
(2)然后再利用“定一移一”法，即先固定一个氯原子的位置，再移动另一个氯原子，以确定同分异构体的数目，同时要仔细考虑是否出现重复或遗漏的情况。
[选考难一点]
1．下列烷烃在光照下与氯气反应，生成的一氯代烃种类最多的是( )
解析：选B 根据等效氢法分析可知，A有1种，B有3种，C有2种，D有2种。
2．分子式为C4H8Cl2的有机物有(不含立体异构)( )
A．7种 B．8种
C．9种 D．10种
3．下列烷烃在光照下与氯气反应，生成3种二氯代烃的是( )
4．分子式为C4H8BrCl的有机物共有(不含立体异构)( )
A．8种 B．10种
C．12种 D．14种
解析：选C 可利用“定一移一”法，正丁烷有两种等效氢，Br定位1号碳原子时，Cl位置有，Br定位2号碳原子时，Cl位置有，异丁烷有两种等效氢，Br定位1号碳原子时，Cl位置有，Br定位2号碳原子时，Cl位置有，共4＋4＋3＋1＝12(种)。
A级—学业水平考试达标练
1．大多数有机化合物不具有的性质是( )
A．熔、沸点高 B．易燃烧
C．热稳定性差 D．反应慢且副反应多
解析：选A 大多数有机物的熔、沸点较低，A错误；易燃烧、热稳定性差，反应缓慢且副反应较多。
2．下列叙述错误的是( )
A．通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不反应
B．甲烷是正四面体结构
C．甲烷跟氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3，还是CCl4，都属于取代反应
D．甲烷的四种取代产物常温下均为液体
解析：选D 通常情况下甲烷较稳定，不与强酸、强碱和强氧化剂反应，A正确；甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，B正确；甲烷与Cl2在光照时发生取代反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4及HCl五种产物，其中四种有机产物中CH3Cl为气体，CH2Cl2、CHCl3、CCl4为液体，C正确，D错误。
3．下列烷烃的沸点如表所示：
物质
甲烷
乙烷
丁烷
戊烷
沸点
－162 ℃
－89 ℃
－1 ℃
＋36 ℃
根据以上数据推断丙烷的沸点可能是( )
A．约－40 ℃ B．低于－162 ℃
C．低于－89 ℃ D．高于＋36 ℃
解析：选A 烷烃随分子中碳原子数的增加，沸点逐渐升高，丙烷的沸点介于乙烷和丁烷之间。
4．液化石油气中含有丙烷，且丙烷中C原子成键特点与CH4中碳原子相似，性质相似。下列有关丙烷的叙述中不正确的是( )
A．分子中碳原子不在一条直线上
B．光照下能够发生取代反应
C．丙烷与甲烷不是同系物
D．丙烷不能使酸性KMnO4溶液褪色
解析：选C 结合CH4中C原子成键特点知丙烷分子中C原子不在同一条直线上，A正确；丙烷光照下能与Cl2等卤素单质发生取代反应，B正确；丙烷与甲烷均为烷烃，互为同系物，C错误；丙烷性质稳定，不能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色，D正确。
5.取一支硬质大试管，通过排饱和NaCl溶液的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图)，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是( )
A．反应过程中试管内黄绿色逐渐消失，试管壁上有油珠产生
B．甲烷和Cl2反应后的产物有4种
C．盛放饱和NaCl溶液的水槽底部不会有晶体析出
D．CH4和Cl2完全反应后液面上升，液体充满试管
解析：选A Cl2被消耗后，黄绿色消失，生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为油状液体，所以试管壁上有油珠产生，A项正确；CH4与Cl2反应生成4种有机物和1种无机物，共有5种产物，B项错误；CH4与Cl2反应后最多的产物是HCl，HCl溶于饱和NaCl溶液会有NaCl晶体析出，C项错误；取代产物CH2Cl2、CHCl3、CCl4是油状液体，而CH3Cl是气体，不溶于饱和NaCl溶液，故液体不会充满试管，D项错误。
6．有机物分子里的原子(或原子团)被其他原子(或原子团)所替代的反应叫做取代反应，下列反应中属于取代反应的是( )
A．AgNO3＋HCl===AgCl↓＋HNO3
B．CH4＋2O2CO2＋2H2O
C．CH2Br2＋Cl2CHClBr2＋HCl
D．CH3CH2OHCH2CH2↑＋H2O
解析：选C A项不是有机反应，不属于取代反应，B项反应为CH4的燃烧，属于氧化反应，C项为取代反应，D项没有原子或原子团被替代，不属于取代反应。
7．在标准状况下，22.4 L CH4与氯气在光照下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代产物的物质的量相等，则消耗的氯气为( )
A．0.5 mol B．2 mol
C．2.5 mol D．4 mol
解析：选C 根据题中信息可知发生取代反应生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25 mol，这四种取代产物中n(Cl)＝0.25 mol×(1＋2＋3＋4)＝2.5 mol；取代反应中的氯原子进入HCl，即n(HCl)＝2.5 mol，故生成物中所含氯原子共2.5 mol＋2.5 mol＝5 mol，则参加反应的氯气为n(Cl2)＝2.5 mol。
8．分子式为C4H10的烃的一氯代物的同分异构体有( )
A．3种 B．4种
C．5种 D．6种
解析：选B 分子式为C4H10的烃有两种同分异构体：CH3CH2CH2CH3(正丁烷)和CH3CHCH3CH3(异丁烷)，正丁烷和异丁烷各有2种不同化学环境的氢原子，故C4H10的一氯取代物有4种。
9．下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是( )
A．甲烷与氯气以物质的量之比1∶1混合时发生取代反应只生成CH3Cl
B．甲烷与氯气的取代反应产物中CH3Cl最多
C．甲烷与氯气的取代反应产物为混合物
D．1 mol甲烷生成CCl4，最多消耗2 mol氯气
解析：选C 甲烷与氯气一旦反应，不会停止在某一步，四种有机产物都会产生，得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确；甲烷与氯气的取代反应中每取代1 mol H原子，消耗1 mol氯气，生成1 mol HCl，故产生的HCl最多，B错误；1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯气，D项错误。
10．将装有甲烷和氯气混合气体的三只集气瓶，用玻璃片把瓶口盖好后，分别作如下处理，各有怎样的现象发生？
(1)置于黑暗处_____________________________________________________________。
(2)将点燃的镁条靠近集气瓶外壁___________________________________________。
(3)放在光亮的教室里________________________________________________。
(4)甲烷和氯气发生的一系列反应都是______反应(填反应类型)，生成的产物中常用做有机溶剂的是______，可用做灭火剂的是_________。
解析：(1)将甲烷和氯气的混合气体置于暗处，由于二者反应是在光照下进行的，在黑暗处不会发生反应。(2)将点燃的镁条靠近集气瓶，则因光太强烈，能发生爆炸。(3)放于光亮的教室里，反应较平缓地发生，可观察到的现象：黄绿色逐渐变浅，最后完全褪色，瓶壁上出现油状液体。(4)甲烷和氯气的反应是典型的取代反应，其产物中有机物共4种，常用做有机溶剂的是CHCl3、CCl4，用做灭火剂的是CCl4。
答案：(1)无明显现象 (2)发生爆炸 (3)黄绿色逐渐变浅，最后消失，瓶壁上出现油状液滴 (4)取代 CHCl3、CCl4 CCl4
11.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度可忽略)，将该装置放置在有光亮的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间。
(1)假设甲烷与氯气充分反应，且只产生一种有机物，请写出发生反应的化学方程式：_____________________________________________。
(2)若题目中甲烷与氯气的体积之比为1∶1，则得到的产物为_____(填标号)。
A．CH3Cl HCl
B．CCl4 HCl
C．CH3Cl CH2Cl2
D．CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl
(3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是____(填标号)
A．升高 B．降低
C．不变 D．无法确定
(4)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到_____________________________。(已知硅酸是一种白色的难溶于水的弱酸)
(5)右端玻璃管的作用是_______________________________________________。
解析：(1)因Cl2足量，与CH4充分反应，CH4中的4个H原子完全被取代，生成CCl4和HCl，即CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl。(2)甲烷的取代反应，四步反应同时进行，故得到四种氯代产物和HCl。(3)二者在光照条件下发生取代反应，U形管左端生成的HCl极易溶于水，压强减小，U形管右端液面下降，左侧液面升高。(4)左侧生成的HCl溶于水后发生反应2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl，即看到有白色胶状沉淀产生。(5)为了平衡气压，在U形管右侧插有一个玻璃管。
答案：(1)CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl (2)D (3)B (4)有白色胶状沉淀生成 (5)平衡气压
12．燃烧法是测定有机化合物分子式的一种重要方法。以下是通过燃烧法推断物质组成的过程，请回答下列问题：
(1)某物质A在氧气中完全燃烧只生成二氧化碳和水。则说明________(填字母)。
A．A一定是烃
B．A一定含有C、H两种元素，肯定不含氧元素
C．A一定含有C、H两种元素，可能含有氧元素
D．A一定含有C、H、O三种元素
(2)甲烷在空气中完全燃烧的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
若2.24 L(标准状况下)甲烷完全燃烧后，将生成的气体通过足量碱石灰，那么碱石灰增重的质量是________g。
解析：(1)A在氧气中完全燃烧只生成二氧化碳和水，说明A一定含有C、H两种元素，由于氧气参与反应，故无法确定是否含有氧元素。
(2)由甲烷完全燃烧的化学方程式CH4＋2O2CO2＋2H2O知，2.24 L(0.1 mol)甲烷完全燃烧生成0.1 mol CO2和0.2 mol H2O，通过碱石灰被完全吸收，碱石灰增重为0.1 mol×44 g·mol－1＋0.2 mol×18 g·mol－1＝8 g。
答案：(1)C (2)CH4＋2O2CO2＋2H2O 8
B级—选考等级考试增分练
1．下列化学式只表示一种物质的是( )
A．C3H7Cl B．C3H8
C．C2H4Cl2 D．C
解析：选B C3H7Cl中的氯原子可以连在端点碳原子上，也可以连在中间碳原子上，有两种结构，C3H7Cl可表示两种物质，A项不符合题意；C3H8不存在同分异构体，只表示一种物质，B项符合题意；C2H4Cl2中的两个氯原子可同时连在同一个碳原子上，也可分别连在两个碳原子上，有两种结构，C项不符合题意；金刚石、石墨、碳纳米管等都是由碳元素形成的单质，均可用C表示，D项不符合题意。
2．硅与碳属于同族元素，有一类由Si和H形成的有机硅化合物称“硅烷”，硅烷的组成、结构与相应的烷烃相似。下列叙述中不正确的是( )
A．链状硅烷的通式为SinH2n＋2(n≥1)
B．乙硅烷(SiH3SiH3)的二氯代物有两种同分异构体
C．甲硅烷(SiH4)沸点比甲烷(CH4)低
D．甲硅烷热稳定性小于甲烷
解析：选C 由链状烷烃通式CnH2n＋2可推知链状硅烷通式为SinH2n＋2(n≥1)，A正确；乙硅烷的二氯代物可取代同一或不同硅上的H，即其二氯代物有两种同分异构体，B正确；相对分子质量：甲硅烷＞甲烷，即沸点：甲硅烷＞甲烷，C错误；非金属性：Si＜C，则热稳定性：甲硅烷＜甲烷，D正确。
3．一定量的甲烷在O2不足的情况下燃烧，得到CO、CO2和H2O的总质量为14.4 g，若其中水的质量为7.2 g，则CO的质量是( )
A．2.8 g B．4.4 g
C．5.6 g D．在2.8 g～5.6 g之间
解析：选A 生成7.2 g H2O，即n(H2O)＝＝0.4 mol，根据H原子守恒可知，n(CH4)＝0.2 mol。设CO和CO2的质量分别为x，y，则
解得x＝2.8 g。
4．由两种气态烃组成的混合烃的总物质的量与该混合烃充分燃烧后所得气体产物(二氧化碳和水蒸气)的物质的量的变化关系如图所示，以下对混合烃组成的判断中正确的是( )
A．一定有乙烯 B．一定没有甲烷
C．一定有丙烷 D．一定没有乙烷
解析：选D 由图像可知1 mol该混合烃充分燃烧，生成H2O(g)和CO2的物质的量分别为n(H2O)＝2 mol，n(CO2)＜2 mol，则该混合烃可写成CxH4的形式，其中1＜x＜2，则混合烃中一定含有CH4，可能含有乙烯，一定没有丙烷和乙烷。
5．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下：
根据设计要求回答：
(1)B装置有三种功能：①控制气流速度；②均匀混合气体；③____________。
(2)设V(Cl2)/V(CH4)＝x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应________。
(3)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是_________________________。
(4)E装置的作用是____________(填字母)。
A．收集气体 B．吸收氯气
C．防止倒吸 D．吸收氯化氢
(5)在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式：__________________________________________。
(6)E装置除生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出有机物的最佳方法为________。该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为________(填字母)。
a．CH4 b．CH3Cl c．CH2Cl2
d．CHCl3 e．CCl4
解析：(1)B装置的三个作用为①控制气流速度从而达到合适的反应比例；②均匀混合气体，便于后续实验；③干燥混合气体。(2)当发生反应：CH4＋4Cl2―→CCl4＋4HCl时生成HCl最多，即要保证x≥4。(3)KI能吸收多余的Cl2，即Cl2＋2KI===2KCl＋I2。(4)E装置既吸收反应生成的HCl气体，同时还防止倒吸。(5)根据信息知黑色小颗粒应为碳粉，即该反应为CH4＋2Cl2―→C＋4HCl。(6)分离难溶于水的油状液体可用分液法。该实验中所得尾气的主要成分是CH4和CH3Cl。
答案：(1)干燥混合气体 (2)≥4(即大于或等于4)
(3)吸收过量的氯气 (4)CD (5)CH4＋2Cl2―→C＋4HCl (6)分液 ab
6．(1)完全燃烧0.1 mol某烃，燃烧产物依次通过浓硫酸、浓碱液，实验结束后，称得浓硫酸增重9 g，浓碱液增重17.6 g。该烃的化学式为____________，并写出其所有可能的结构简式：________________________________________________________________________。
(2)某链状烷烃的相对分子质量为128，该烷烃的化学式为__________________。
(3)在常温常压下有CH4、C2H6、C3H8和C4H10四种气态烃。
①取等物质的量的四种气态烃，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是________________(填分子式)。
②取等质量的四种气态烃，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是____________________(填分子式)。
解析：(1)浓硫酸的作用是吸水，浓硫酸增加的质量为H2O的质量，根据氢原子守恒，烃中n(H)＝9× mol＝1 mol，浓碱液吸收CO2，浓碱液增重的质量是CO2的质量，根据碳原子守恒，烃中n(C)＝ mol＝0.4 mol，因此1 mol烃中含C为4 mol，含H为10 mol，即分子式为C4H10，含有的同分异构体是正丁烷和异丁烷，其结构简式分别是CH3—CH2—CH2—CH3、。
(2)根据链状烷烃的通式CnH2n＋2，相对分子质量为128，即14n＋2＝128，解得n＝9，分子式为C9H20。
(3)1 mol CxHy的耗氧量为(x＋) mol，由各烃分子式中C、H原子数目可知，相同物质的量各烃，C4H10的耗氧量最大。等质量的各烃，烃中氢元素质量分数越大，消耗氧气越多，碳元素质量分数越大，生成二氧化碳越多，CH4、C2H6、C3H8、C4H10的C、H原子数目之比分别为1∶4、1∶3、3∶8、1∶2.5，故CH4中氢元素质量分数最大，等质量的各烃中CH4消耗氧气最多。
答案：(1)C4H10 CH3—CH2—CH2—CH3、
(2)C9H20 (3)①C4H10 ②CH4
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