人教版高中化学必修二311甲烷45分钟课后作业含答案解析.docx
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人教版高中化学必修二311甲烷45分钟课后作业含答案解析
高中化学学习材料
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课后作业
一、选择题（每小题3分，共39分，每小题有1－2个正确选项）
1．下列关于甲烷的叙述正确的是（ ）
A．甲烷分子的空间构型是正四面体，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KMnO4溶液褪色
解析：
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KMnO4溶液氧化。
答案：
C
2．把1mol甲烷和4mol氯气组成的混合气体充入到大试管中将此试管倒立在盛有饱和食盐水的水槽里，放在光亮处，一段时间后，推测可能观察到的现象
①黄绿色逐渐消失 ②试管壁上有油珠 ③试管内水面上升 ④水槽内有少量晶体析出
A．只有①③ B．只有①②③
C．只有①③④D．①②③④
解析：
氯气被消耗后，黄绿色消失。
生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为油状液体，又因为氯气被消耗，气体的体积减小，试管内水面上升。
生成的HCl溶于水降低了NaCl的溶解度，有NaCl析出。
答案：
D
3．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，则集气瓶中的气体可能是（ ）
①CO、O2 ②Cl2、CH4 ③NO2、O2 ④N2、H2
A．①②B．②④
C．③④D．②③
解析：
从题目的叙述情况看，所选气体组必须是与水作用后混合气体总体积减小的，此时应注意CH4与Cl2的取代反应生成HCl，HCl易溶于水，因此应选D。
答案：
D
4．1mol甲烷和Cl2发生取代反应，待反应完成后，测得四种取代物的物质的量相等，则消耗Cl2的物质的量为（ ）
A．0.5molB．2mol
C．2.5molD．4mol
解析：
依据CH4与Cl2的取代反应规律可知：
1个Cl2分子取代1个H原子，同时生成1个HCl分子。
所以由碳原子守恒可得，产生四种取代产物均为0.25mol，生成0.25molCH3Cl需消耗n（Cl2）＝0.25
mol，生成0.25molCH2Cl2需消耗n（Cl2）＝0.5mol，生成0.25mol
CHCl3需消耗n（Cl2）＝0.75mol，生成0.25molCCl4需消耗n（Cl2）＝1.0
mol，因此总共消耗n（Cl2）＝2.5mol。
答案：
C
5．瓦斯爆炸是空气中含甲烷5%～15.4%（体积分数）遇火所产生的，发生爆炸最强烈时，甲烷在空气中的体积分数大约为（ ）
A．10.5%B．9.5%
C．8%D．5%
解析：
由CH4＋2O2CO2＋2H2O可知瓦斯爆炸最强烈时，CH4和O2的体积比应为1∶2，因此CH4与空气的体积比为1∶
≈1∶9.5。
那么它在空气中的体积分数为×100%≈9.5%，选B。
答案：
B
6．在一定条件下，下列物质可与甲烷发生化学反应的是（ ）
A．溴水B．氯水
C．氧气D．高锰酸钾溶液
解析：
甲烷化学性质比较稳定，在常温常压下不易被氧气、高锰酸钾溶液氧化，但在点燃条件下与氧气发生反应；甲烷与Cl2在光照条件下发生取代反应，但与溴水、氯水不反应。
答案：
C
7．下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图。
下列说法正确的是（ ）
A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构
B．CH4、CCl4都是正四面体结构
C．CH4和CCl4中的化学键完全相同
D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同
解析：
CH3Cl中的C—Cl共价键和C—H共价键键能、键长及键的牢固性均不同，故CH3Cl不是正四面体结构，CH4和CCl4的性质也不相同。
答案：
B
8．2009年9月28日，中科院院士戴金星又宣布了一个新发现，他认为，多年来被社会流传甚广的“百慕大三角”现象，很有可能是海底储存的大量可燃冰在“捣鬼”。
根据所学知识，判断下列推理正确的是（ ）
①“可燃冰”又称天然气水合物，遇火即可燃烧
②海底储存的大量可燃冰如果在压力减小、温度升高的条件下，就有可能融化成甲烷，甲烷升到海面上，会形成大量的气泡，从而产生“巨浪”。
同时，海水的密度也会降低，船只经过自然会下沉
③“可燃冰”是一种有待开发的新能源，作为燃料，它不会产生温室气体
A．仅有①B．仅有①②
C．仅有①③D．全都正确
解析：
“可燃冰”燃烧会产生温室气体CO2，③不正确。
答案：
B
9．下列反应属于取代反应的是（ ）
A．CH4＋2O2CO2＋2H2O
B．CH4C＋2H2
C．2HI＋Cl2===2HCl＋I2
D．C2H6＋Cl2―→C2H5Cl＋HCl
解析：
A属于燃烧反应，B为分解反应，C为置换反应，只有D符合“下一上一”的特点。
答案：
D
10.1molCH4与Cl2反应全部生成CCl4，需Cl2的物质的量是
（ ）
A.4molB.3mol
C.2molD.1mol
解析：
根据反应：
CH4＋4Cl2―→CCl4＋4HCl可知1molCH4中氢原子完全被取代需Cl2的物质的量为4mol。
答案：
A
11.在光照条件下，将体积相同的甲烷气体和Cl2（常温、常压下）混合，得到的混合物中物质的量最多的是（ ）
A.CH3ClB.CH2Cl2
C.CHCl3D.HCl
解析：
Cl2和CH4气体的取代反应，无论按何体积比混合都将会发生各步取代反应。
它不像无机反应那样固定反应物计量数可确定生成物种类。
无机反应易于控制，有机反应则不易控制。
在某一阶段，CH4与Cl2的每一步取代反应中都有HCl生成，因此得到的反应混合物中物质的量最多的是HCl。
答案：
D
12.CH4和H2混合气体10mL，完全燃烧后生成6mLCO2气体（气体的体积为相同状况下测定），则混合气体中CH4和H2的体积比为（ ）
A.2∶3B.3∶2
C.2∶1D.1∶2
解析：
CH4＋2O2CO2＋2H2O
11
V（CH4）6mL
V（CH4）＝＝6mL
V（H2）＝10mL－6mL＝4mL
故V（CH4）∶V（H2）＝6∶4＝3∶2。
答案：
B
13.一定质量的甲烷燃烧后的产物为CO、CO2和水蒸气，此混合气体质量为49.6g，当其缓慢经过无水CaCl2时，CaCl2增重25.2
g。
原混合气体中CO2的质量为（ ）
A.12.5gB.13.2g
C.19.7gD.24.4g
解析：
经过CaCl2被吸收的为水蒸气，即n（H2O）＝＝1.4mol，根据CH4的组成可知，CO和CO2的物质的量之和为：
＝0.7mol，设CO2的质量为x，则CO的质量为49.6g－25.2g－x，故有关系式：
＋＝0.7mol，解得：
x＝13.2g。
答案：
B
二、填空题（共61分）
14．（15分）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以忽略。
将封闭有甲烷和氯气混合气体的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）假设甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式：
______________________________________________。
（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____（填字母编号）。
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________
（填字母编号）。
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__________
________________________________________________________。
（5）右端玻璃管的作用是_______________________________。
解析：
（1）因Cl2足量，若充分反应，则CH4中的四个H原子可完全被取代，生成CCl4和HCl，CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl。
（2）甲烷与氯气的取代反应，是四步反应同时发生，故得到四种氯代产物和HCl。
（3）甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应，U形管左侧生成的氯化氢气体易溶于水，压强减小，U形管右侧液面下降，左侧液面上升。
（4）因左侧生成HCl溶于水后发生反应
2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl，
所以观察到有白色胶状沉淀生成。
（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
15．（18分）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________（填序号）。
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中分离出盐酸的最佳方法为________。
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________（填序号）。
a．CH4 b．CH3Cl c．CH2Cl2 d．CHCl3 e．CCl4
解析：
（1）B装置的三个作用：
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＋4Cl2CCl4＋4HCl时生成HCl气体最多，所以要保证＝x≥4。
（3）KI能吸收多余的Cl2，反应的化学方程式为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，根据原子守恒应为CH4＋2Cl2C＋4HCl。
（6）分离难溶于水的油状液体可用分液法。
答案：
（1）干燥混合气体
（2）大于或等于4 （3）吸收过量的氯气 （4）CD （5）CH4＋2Cl2C＋4HCl （6）分液 ab
16．（12分）如图是某同学利用日常用品注射器设计简易实验装置。
甲管中注入10mLCH4，同温、同压下乙管中注入50mLCl2，将乙管气体推入甲管中，气体在甲管中反应，针管用日光照射一段时间。
（1）下列是某同学预测的实验现象：
①气体最终变为无色；②实验过程中，甲管活塞向内移动；③甲管内壁有油珠；④产生火花。
其中正确的是________。
（2）甲管中发生的化学反应类型为________。
（3）反应后，甲管中剩余气体能用下列试剂吸收的是_________
____________。
A．水 B．氢氧化钠溶液
C．硝酸银溶液D．饱和食盐水
（4）反应后，若将甲管中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到________，若再向其中滴入几滴石蕊试液，又观察到________________。
解析：
在光照下，甲烷与氯气发生连锁反应：
CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl，CH2Cl2＋Cl2CHCl3＋HCl，CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl。
（1）理论上，甲烷与氯气体积比为1∶4时二者恰好完全反应，而该针管里氯气与甲烷体积比为5∶1>4∶1，说明氯气过量，最终气体中仍有氯气。
该反应进行缓慢，不会产生火花。
产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体，所以气体的总物质的量减小，内部压强减小，甲管活塞向内移动。
（2）甲烷分子中的4个氢原子可被氯原子逐一取代，故甲管中发生的是取代反应。
（3）剩余气体中含有氯气和氯化氢，可用氢氧化钠溶液吸收剩余气体。
（4）生成的HCl会与AgNO3反应生成AgCl白色沉淀，同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水而看到液体分为两层，若加入几滴石蕊，溶液会变红。
答案：
（1）②③
（2）取代反应 （3）B
（4）液体分为两层，产生白色沉淀 溶液变红
17．（8分）将装有甲烷和氯气混合气体的三个集气瓶，用玻璃片把瓶口盖好后，分别作如下处理，各有什么现象发生？
（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_____（填反应类型）反应，有机物中常用作有机溶剂的是______，可用作灭火剂的是______。
解析：
由于CH4与Cl2的取代反应是在光照条件下进行的，因而在黑暗处不会发生反应；将点燃的镁条靠近集气瓶，则因光太强烈，反应较快，能发生爆炸；放于光亮的教室里，反应较平缓地发生，现象：
黄绿色渐渐变浅，褪去，瓶壁上出现油状液滴。
该类有机反应是典型的取代反应，其产物中有机物共四种，常作有机溶剂的是CHCl3、CCl4，作灭火剂的是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
18．（8分）取标准状况下CH4和过量O2的混合气体840mL，点燃，将燃烧后的气体用过量碱石灰吸收，碱石灰质量增加0.600g。
回答下列问题：
（1）碱石灰吸收后所剩气体的体积________（标准状况下）。
（2）原混合气体中CH4与O2的体积比______。
解析：
（1）CH4＋2O2CO2＋2H2O,1molCH4完全燃烧得到的CO2和H2O共80g，原混合气体中n（CH4）＝＝0.0075mol，CH4的体积为0.0075mol×22.4×103mL·mol－1＝168mL，剩余气体的体积＝840mL－168mL×3＝336mL。
（2）V（CH4）∶V（O2）＝168mL∶（840mL－168mL）＝1∶4。
答案：
（1）336mL
（2）1∶4
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