天然气的利用甲烷苏教版高中化学必修2讲义练习Word格式.docx

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（1）稳定性：

在通常情况下，甲烷是比较稳定的，跟强酸、强碱或强氧化剂等一般不起反应。

甲烷不能使酸性KMnO4溶液褪色，也不能使溴的四氯化碳溶液褪色。

（2）氧化反应：

纯净的甲烷在空气中安静的燃烧，火焰呈淡蓝色，放出大量的热，反应的化学方程式为：

CH4＋2O2

CO2＋2H2O。

（3）取代反应

①实验探究：

按要求完成下列实验，并填写下表：

实验操作

实验现象

a.试管内气体颜色逐渐变浅；

b.试管内壁有油状液滴出现；

c.试管内液面上升，水槽中有少量固体析出

实验结论

CH4与Cl2在光照时能发生化学反应

②概念：

有机化合物分子中的某种原子（或原子团）被另一种原子（或原子团）所替代的反应叫取代反应。

③甲烷与氯气反应：

在光照条件下发生反应得到的产物有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl。

写出生成CH3Cl的方程式：

CH4＋Cl2

CH3Cl＋HCl。

（4）分解反应：

甲烷隔绝空气并加热至1500℃以上分解的反应方程式为：

CH4

C＋2H2。

【自主思考】

1.已知甲烷的密度在标准状况下是0.717g·

L－1，含碳75%，含氢25%，试通过计算确定甲烷的分子式。

提示　甲烷的摩尔质量为M＝22.4L·

mol－1×

0.717g·

L－1≈16g·

mol－1

1mol甲烷气体中含碳原子的物质的量：

＝1mol；

1mol甲烷气体中含氢原子的物质的量：

＝4mol。

所以甲烷的分子式为CH4。

2.二氯甲烷可以写成

两种形式，它们是同分异构体吗？

提示　不是，甲烷是正四面体结构，所以这两种形式表示为同一种物质。

3.如何用最简单的方法和操作验证CH4燃烧有H2O和CO2生成？

提示　可在火焰上方罩一冷而干燥的烧杯，若出现水雾，证明有水产生；

取下烧杯，立即加入澄清石灰水，振荡变浑浊，证明有CO2产生。

4.如果CH4和Cl2按体积比1∶1混合反应，能否只得到CH3Cl?

提示　不能。

CH4与Cl2的取代反应是逐步进行的，无论二者的物质的量之比是多少，反应一旦引发，反应不会停留在哪一步上，所以四种取代产物都会生成，得不到纯净的CH3Cl。

二、烷烃与同系物

1.烃：

仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，又称烃。

2.烷烃

（1）概念：

烃分子里每个碳原子形成四个单键，除碳原子之间以单键结合外，剩余的价键均与氢原子结合，使每个碳原子的化合价都充分利用，达到饱和，这样的烃叫作饱和烃，又称为烷烃。

（2）几种烷烃

名称

乙烷

丙烷

正丁烷

异丁烷

C2H6

C3H8

C4H10

结构简式

CH3CH3

CH3CH2CH3

CH3CH2CH2CH3

（3）通式：

CnH2n＋2（n≥1且n为整数）。

（4）命名：

分子中含110个碳原子的烷烃，按照分子中碳原子数目依次用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸命名，如C5H12称为戊烷。

分子中碳原子数超过10个的，直接根据碳原子数称为某烷，如C16H34称为十六烷。

当碳原子数n相同时，用正、异、新来区别。

如：

CH3CH2CH2CH2CH3称为正戊烷，

CH3CH（CH3）CH2CH3称为异戊烷，C（CH3）4称为新戊烷。

（5）性质：

物质的组成、结构决定物质的性质，这个规律在有机物中体现得尤其明显。

烷烃的化学性质与甲烷相似，请写出下列反应的化学方程式（有机物写结构简式）：

①丙烷的燃烧：

CH3CH2CH3＋5O2

3CO2＋4H2O。

②光照条件下，乙烷与氯气发生取代反应（只要求写一氯取代）：

CH3CH3＋Cl2

CH3CH2Cl＋HCl。

3.同系物

同系物：

结构相似，在分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的有机物互称为同系物。

5.分子组成符合CnH2n＋2（n≥1且n为整数）的烃一定是烷烃吗？

提示　一定是烷烃。

6.如何理解同系物的概念？

如何判断是否为同系物？

提示　

（1）同系物概念的内涵有两个，一是分子结构相似，二是分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。

两者要联系在一起，缺一不可。

（2）同系物具有相同的通式，但是通式相同的有机物不一定互为同系物，同系物的前提是同一类物质且分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。

（3）同系物的组成元素相同，同系物之间相对分子质量相差14n（n＝1，2，3，……）。

（4）判断两种化合物互为同系物的关键是看：

同：

两种物质属于同一类物质，物质结构相似；

差：

两种物质分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。

[效果自测]

1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×

”。

（1）有机物都含有碳元素，则含有碳元素的化合物都是有机物。

（　　）

（2）煤主要含有碳元素，煤是纯净物。

（3）石油主要的组成元素是碳和氢，同时还含有少量的硫、氧、氮等。

（4）天然气的主要成分是甲烷，其属于可再生能源。

（5）点燃甲烷前必须验纯度再点燃。

（6）甲烷与Cl2的反应条件是点燃或加热。

（7）甲烷与Cl2光照下反应产物可能有5种。

答案　

（1）×

（2）×

　（3）√　（4）×

　（5）√　（6）×

　（7）√

2.关于CH4和

的叙述不正确的是（　　）

A.均能用CnH2n＋2组成通式来表示

B.与所有烷烃互为同分异构体

C.因为它们结构相似，所以它们的化学性质相似

D.它们互为同系物

解析　B项它们与其他烷烃互为同系物；

C项化学性质相似；

D项它们结构相似，相差4个“CH2”原子团，互为同系物。

答案　B

探究一、烷烃的取代反应

【合作交流】

1.CH4能使溴水褪色吗？

提示　不能，CH4与溴水不反应。

2.CH4与足量Cl2充分反应只生成一种有机物吗？

提示　不是。

四种有机物均有，但含量不同。

【点拨提升】

1.甲烷的取代反应

2.取代反应与置换反应的比较

取代反应

置换反应

举例

CH3Cl＋HCl

Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2

定义

有机物分子里的原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应

一种单质跟一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应

反应物

一种化合物和另一种化合物或单质

一种单质和一种化合物

生成物

一般生成两种新化合物

另一种化合物和另一种单质

反应中电子得失

不一定发生电子转移，因此不一定是氧化还原反应

一定发生电子转移，一定是氧化还原反应

反应是否可逆

有不少是可逆反应

一般是不可逆反应

【典题例证1】　某课外活动小组利用如图所示装置探究甲烷与氯气的反应。

根据题意，回答下列问题：

（1）CH4与Cl2发生反应的条件是________。

（2）实验中可观察的实验现象有：

量筒内壁出现油状液滴，饱和食盐水中有少量固体析出，__________________等。

（3）用饱和食盐水而不用水的原因是________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）实验中生成的油状液滴中的氯仿可作局部麻醉剂，常因保存不慎而被空气氧化，产生剧毒气体——光气，反应的化学方程式为2CHCl3＋O2―→2COCl2＋2HCl，上述反应________（填选项符号，下同）。

A.属于取代反应　　　　B.不属于取代反应

解析　CH4和Cl2光照反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl等物质，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常温下是无色液体，且Cl2易溶于有机溶剂，故量筒内壁上有油滴。

因生成的HCl易溶于水，量筒内的压强减小，量筒内液面上升。

HCl溶于水后，溶液中Cl－浓度增大，使NaCl固体析出。

答案　

（1）光照（或光亮处）　

（2）量筒内黄绿色气体颜色变浅、量筒内液面上升　（3）降低Cl2在水中溶解度，抑制Cl2和水的反应　（4）B

【学以致用1】　

把1体积CH4和4体积Cl2组成的混合气体充入试管中，将此试管倒立在盛有AgNO3溶液的水槽中，放在光亮处，片刻后发现试管壁上有油状液滴出现，该油状液滴可能是________，水槽中还观察到________，原因是________________（用离子方程式解释）。

若向水槽中再滴入几滴紫色石蕊试液又观察到________。

解析　CH4与Cl2反应的产物中，HCl极易溶于水，能电离出H＋和Cl－，其他产物均为有机物，部分呈气态，部分为油状液体。

CH4和Cl2在光照条件下反应生成CH3Cl（气体）、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，随着反应进行，Cl2不断消耗，试管中黄绿色逐渐消失，又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为无色液体，使试管壁上有油状液滴出现；

因生成的HCl易溶于水，反应后，试管内气体压强减小，试管内水位上升，HCl溶于水后，与AgNO3反应生成AgCl白色沉淀，同时溶液显酸性，故加入紫色石蕊试液后溶液变红。

答案　CH2Cl2、CHCl3、CCl4　有白色沉淀产生　Ag＋＋Cl－===AgCl↓　溶液变红

探究二、烷烃性质与同系物判断

3.烷烃的特征反应是什么反应？

条件是什么？

提示　取代反应，光照

4.CH3CH2CH2CH3与

互称为同系物吗？

提示　不对，二者不相差CH2基团，它们分子式相同，结构不同，互为同分异构体。

1.烷烃的结构与性质

2.同系物、同分异构体、同素异形体、同位素概念的比较

概念

内涵

研究对象

比较

实例

相同

不同

同系物

结构相似，在分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物

有机化

合物

结构相似

组成上相差一个或若干个“CH2”原子团

CH3CH3与

同分异

构体

具有相同的分子式，不同结构式的化合物互称为同分异构体

化合物

结构式不同

与

同素异

形体

同一种元素形成的几种性质不同的单质

单质

元素种

类相同

性质不同

O2与O3、白磷与红磷

同位素

质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素

原子

质子数

中子数不同

6C、

6C与

6C

【典题例证2】　下列叙述正确的是（　　）

A.含5个碳原子的有机物，每个分子中最多可形成4个C—C键

B.正戊烷分子中所有原子均在一条直线上

C.碳碳间以单键结合，碳原子剩余价键全部与氢原子结合的烃一定符合通式CnH2n＋2

D.分子式为C3H8与C6H14的两种有机物一定互为同系物

解析　含5个碳原子的有机物，每个分子中最多可形成5个C—C键，例如环戊烷，A错误；

由于饱和碳原子是正四面体结构，所以正戊烷分子中所有原子不可能在一条直线上，B错误；

碳碳间以单键结合，碳原子剩余价键全部与氢原子结合的链状烃是饱和链烃，若不是链状，则可能是环烷烃，C错误；

分子式为C3H8与C6H14的两种有机物一定是烷烃，二者互为同系物，D正确，答案选D。

答案　D

【学以致用2】　现有下列6种有机物：

①CH2===CH2　②CH3CH2C≡CH

③CH3C≡CCH3　④CH3COOC2H5

⑤

　⑥CH3—CH2—CH3

请回答：

（1）其中不属于烃类的是________（填序号，下同）；

（2）其中属于烷烃的是________；

（3）其中与①互为同系物的是________；

（4）其中与②互为同分异构体的是________。

解析　只含C、H两种元素的有机物属于烃；

分子式符合通式CnH2n＋2（n≥1）的烃属于烷烃；

结构相似，分子组成上相差一个或多个CH2原子团的物质互为同系物；

分子式相同，结构不同的物质互为同分异构体。

答案　

（1）④　

（2）⑥　（3）⑤　（4）③

1.甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是（　　）

A.CH3Cl只有一种结构

B.CH2Cl2只有一种结构

C.CHCl3只有一种结构

D.CH4中含有4个C—H共价键

解析　甲烷分子无论是正四面体结构，还是正方形的平面结构，A、C、D三项都是成立的，CH2Cl2若是正方形的平面结构，则其结构应有两种，即

和

，若是正四面体结构，则其结构只有一种。

无论是正四面体结构还是正方形结构，CH4中含有4个C—H极性共价键。

2.在光照条件下，CH4与Cl2能发生取代反应。

使1molCH4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.1.0molB.2.0mol

C.3.0molD.4.0mol

解析　在光照条件下，CH4与Cl2发生取代反应时，生成1molCH3Cl消耗1mol氯气，生成1molCH2Cl2消耗2mol氯气，生成1molCHCl3消耗3mol氯气，生成1molCCl4消耗4mol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0.1mol、0.2mol、0.3mol、0.4mol，消耗的Cl2的物质的量为0.1mol＋2×

0.2mol＋3×

0.3mol＋4×

0.4mol＝3.0mol。

答案　C

3.①丁烷、②2甲基丙烷、③戊烷、④2甲基丁烷、⑤2，2二甲基丙烷五种物质的沸点排列顺序正确的是（　　）

A.①＞②＞③＞④＞⑤

B.⑤＞④＞③＞②＞①

C.③＞④＞⑤＞①＞②

D.②＞①＞⑤＞④＞③

解析　烷烃的沸点与碳原子数即与相对分子质量大小有关，相对分子质量越大则分子间的作用力越大，沸点越高，同碳的烷烃，支链越多的沸点越低。

4.下列说法不正确的是（　　）

A.分子式为C3H8与CH4的两种有机物一定互为同系物

B.具有相同通式的有机物不一定互为同系物

C.两个相邻同系物的相对分子质量数值一定相差14

D.分子组成相差一个或几个CH2原子团的化合物必定互为同系物

解析　环丙烷（

）和丁烯（CH3CH2CH===CH2）的分子组成相差一个CH2原子团，但它们由于结构不相似，不属于同系物。

5.已知某烷烃的相对分子质量为30。

（1）该烷烃的分子式为________；

（2）该烷烃在光照时与Cl2反应生成一氯代物的化学方程式为________________________________________________________________________，

属于________反应。

解析　烷烃的通式为CnH2n＋2，则14n＋2＝30，则n＝2，即C2H6。

答案　

（1）C2H6

（2）CH3CH3＋Cl2

CH3CH2Cl＋HCl　取代

课时作业

基础巩固

1.下面列举的是某化合物的组成和性质，能说明该物质肯定是有机物的是（　　）

A.仅由碳、氢两种元素组成

B.仅由碳、氢、氧三种元素组成

C.在氧气中燃烧只生成二氧化碳

D.熔点低而且难溶于水

解析　仅由碳、氢两种元素组成的是烃，属于有机物，故A正确；

碳酸仅由碳、氢、氧三种元素组成，不属于有机物，故B错误；

在氧气中燃烧只生成二氧化碳，可能是一氧化碳，属于无机物，故C错误；

熔点低而且难溶于水的物质，如一氧化碳，属于无机物，故D错误；

答案选A。

答案　A

2.下列关于甲烷的说法正确的是（　　）

A.实验室可以用排水法收集甲烷

B.纯净甲烷在空气中燃烧时发出黄色火焰

C.甲烷与氯水发生取代反应

D.甲烷在空气中燃烧一定只生成二氧化碳和水

解析　甲烷难溶于水，可以用排水法收集，A项正确；

甲烷在空气中燃烧产生淡蓝色火焰，B项错误；

甲烷与卤素单质在光照条件下发生取代反应，但不能与卤素单质的水溶液反应，C项错误；

在氧气不足的条件下，甲烷燃烧会生成一氧化碳和水，D项错误。

3.下列关于甲烷的叙述中，错误的是（　　）

A.通常情况下，甲烷跟强酸、强碱、强氧化剂不起反应

B.甲烷化学性质比较稳定，不能被任何氧化剂氧化

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.甲烷的四种取代物都难溶于水

解析　CH4的性质比较稳定，通常情况下，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，而不是不能被任何氧化剂氧化，A正确，B错误；

CH4在光照条件下与Cl2发生取代反应，生成4种有机产物，它们是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，且均难溶于水，故C、D均正确。

4.下列烷烃在光照下与氯气反应，只生成一种一氯代烃的是（　　）

解析　要知道烷烃的一氯代物的种数可分析烷烃分子中氢原子的种数，有几种氢原子即有几种一氯代物。

A项，CH3—CH2—CH2—CH3分子中含两种氢原子，所以有两种一氯代物；

B项

分子中含两种氢原子，所以一氯代物有两种；

C项，

分子中含一种氢原子，一氯代物只有一种；

D项

分子中有四种氢原子，一氯代物共有四种。

5.下列化学反应中不属于取代反应的是（　　）

A.CH2Cl2＋Br2

CHBrCl2＋HBr

B.CH3OH＋HCl

CH3Cl＋H2O

C.2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

D.CH3—CH2—Br＋H2O

CH3—CH2—OH＋HBr

解析　取代反应是指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。

C项中的反应为置换反应，不是有机反应，更不是取代反应。

6.如图是立方烷的球棍模型，下列有关说法不正确的是（　　）

A.其一氯代物只有一种

B.其二氯代物有三种

C.在光照下，其能与氯水发生取代反应

D.它与苯乙烯（C6H5—CH===CH2）互为同分异构体

解析　整个分子结构是立方体形，且分子结构是对称的，是非极性分子。

它的一氯代物只有一种，二氯代物有三种；

苯乙烯的分子式与立方烷的分子式相同，但结构不同，所以它们互为同分异构体。

烃发生取代反应时，使用的是卤素单质而不是溶液。

7.有关烷烃的叙述：

①都是易燃物；

②特征反应是取代反应；

③碳原子数相邻的两个烷烃在分子组成上相差一个甲基，其中正确的是（　　）

A.①和③B.②和③

C.只有①D.①和②

解析　相邻烷烃在分子组成上相差一个—CH2—，而不是—CH3。

8.如图是某两种烃的结构，分析其结构，下列分析正确的是（　　）

A.这两种分子中，碳原子的化合价都达到“饱和”

B.这两种分子结构不同，分子式不同

C.这两种烃都属于烷烃，具有相似的化学性质和物理性质

D.这两种烃互为同系物

解析　此两种烃，分子式均为C4H10，两者都为烷烃且互为同分异构体，两者有相似的化学性质，但物理性质不同，前者的熔沸点高于后者。

9.一定体积的甲烷在一定量O2中燃烧后得到的产物为CO、CO2和水蒸气，测得混合气体的质量为49.6g，将混合气体缓慢经过无水CaCl2时，CaCl2增重25.2g，则原混合气体中CO2的质量为（　　）

A.12.5gB.13.2g

C.19.7gD.24.4g

解析　无水CaCl2吸收水蒸气，生成H2O25.2g，即生成1.4molH2O；

根据氢原子守恒，可得CH40.7mol；

再根据碳原子守恒，可得CO和CO2共0.7mol，可得44g/mol×

n（CO2）＋28g/mol×

[0.7mol－n（CO2）]＝49.6g－25.2g，可得n（CO2）＝0.3mol，m（CO2）＝13.2g。

10.一定条件下，两种气态烃的混合物共1mol，在空气中完全燃烧生成1.5molCO2和2mol水蒸气。

关于该混合物的说法正确的是（　　）

A.一定有甲烷

B.一定有乙烷

C.一定含有甲烷，可能含有乙烷

D.可能是甲烷和丙烷的混合物

解析　设混合烃的平均分子式为CxHy，则有

列式解得：

x＝1.5，y＝4

即混合烃的平均分子式为C1.5H4，则其中一定含有CH4，且另一种烃的1个分子中含有4个H。

能力提升

11.下列物质属于同系物的是________，属于同分异构体的是________。

①

与CH3CH2CH2CH3；

②CH3CH3与CH3—CH===CH2；

解析　①前者是环状，后者是链状，两者不是同系物，分子式不相同，不是同分异构体。

②前者全是单键，后者不全是单键，两者不是同系物，分子式不相同，不是同分异构体。

③两者分子式相同，属于同分异构体。

④两者分子式不同，相差3个“CH2”原子团，结构相似，都是以单键形成的链烃，属于同系物。

答案　④　③

12.按要求完成下列填空。

（1）同温同压下烷烃A蒸气的密度是H2的15倍，烷烃A的分子式：

________；

结构简式________。

（2）烷烃B的分子中含有200个氢原子，烷烃B的分子式：

________。

（3）含有5个碳原子的烷烃D，烷烃D的分子式：

（4）分子中含有22个共价键的烷烃，烷烃的分子式：

解析　烷烃的通式为CnH2n＋2，烷烃的相对分子量为14n＋2。

（1）密度之比等于摩尔质量之比，就等于相对分子质量之比，A的相对分子质量为15×

2＝30＝14n＋2，解得n＝2，所以A的分子式为C2H6；

（2）烷烃B的分子中含有200个氢原子，即2n＋2＝200，解得：

n＝99，所以B的分子式为C99H200；

C5H12；

（4）烷烃的组成为CnH2n＋2，含有的共价键数目为3n＋1，该烷烃有22个共价键，则：

3n＋1＝22，解得n＝7，所以该烷烃中碳原子数目为7，分子式为C7H16。

答案　

（1）