A．常温常压下，L 是一种液态有机物 B．E 是一种含有非极性键的分子 C．干燥的 G 能漂白有色物质 D．上述反应的类型是取代反应 答案 D

解析 本题实为用图像考查甲烷与氯气的反应。L 为CH3Cl，常温常压下是一种气态有机物；E 为甲烷，含有极性键；G 为氯气，干燥的氯气不能漂白有色物质。

3．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% 答案 B

解析 由CH4＋2O2――→CO2＋2H2O可知瓦斯爆炸最强烈时，CH4和O2的体积比为1∶2，100

2×?≈1∶9.5。那么它在空气中的体积分数为因此CH4与空气的体积比为1∶?21??×100%≈9.5%，选 B。

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＋Br2――→CHBrCl2＋HBr B．CH3OH＋HCl――→CH3Cl＋H2O C．2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

D．CH3—CH2—Br＋H2O――→CH3—CH2—OH＋HBr △答案 C

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。

5．在光照的条件下，将1 mol甲烷与一定量的氯气充分混合，经过一段时间，甲烷和氯气均无剩余，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢。

(1)若已知生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的物质的量分别为a mol、b mol、c mol，生成的混合物经水洗后所得气体在标准状况下的体积为________。 (2)该反应中消耗的氯气的物质的量是________。 答案 (1)22.4×(1－a－b－c) L (2)(1＋a＋2b＋3c) mol

解析 (1)水洗后所得的气体为CH3Cl，由碳原子守恒可知其物质的量为(1－a－b－c) mol，

NaOH

光照光照

点燃

1

9.5＋1

标准状况下的体积为22.4×(1－a－b－c) L。(2)CH4与Cl2的取代反应中取代1个氢原子需要1个Cl2分子，由原子守恒可得出四种取代产物对应的氯气的量。总共取代氢的物质的量为[(1－a－b－c)＋2a＋3b＋4c] mol，即为所需Cl2的物质的量。

40分钟课时作业 [经典基础题]

一、甲烷的分子组成与结构

1．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中的化学键均为非极性键 D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同 答案 B

解析 CCl4的分子结构同CH4相似为正四面体结构，CH3Cl中的C—H和C—Cl键不同，不是正四面体结构，而是四面体结构。 二、甲烷的性质及应用

2．有一种无色的混合气体可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl组成。为确定其组成，进行了以下实验：①将此混合气体通过浓硫酸，气体总体积基本不变；②再通过过量的澄清石灰水，未见浑浊，但气体体积减少；③把剩余气体在供氧的情况下燃烧，燃烧产物不能使无水硫酸铜变色。原混合气体含有() A．CO和HCl B．CH4和NH3 C．CH4和HCl D．H2和CO2 答案 A

解析 由①知，不含NH3；由②知，不含CO2，含HCl；由③知，不含CH4、H2，含CO。 3．公元前一世纪，我国已使用天然气，天然气的主要成分为甲烷。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 答案 B

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.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，集气瓶内的气体是() ① CO、O2② Cl2、CH4③ NO2、O2④ N2、H2 A．①② B．②④ C．③④ D．②③ 答案 D

解析 ①中CO与O2在光亮条件下不发生反应，且都不与水反应，不会使瓶内压强减小；②中CH4与Cl2发生反应，生成易溶于水的HCl和一些油状液体，可使瓶内压强减小；③中NO2与水发生反应，可使瓶内压强减小；④N2与H2在光亮处不会发生反应，且都不与水反应，瓶中压强不变，故D项正确。

5．在标准状况下，11.2 L甲烷和22.4 L氧气混合后点燃，恢复到原状况时，气体的体积共()

A．11.2 L B．22.4 L C．33.6 L D．44.8 L 答案 A

解析 甲烷燃烧的化学方程式为CH4＋2O2――→CO2＋2H2O，当温度超过100 ℃时(即水为气态)，反应前后气体体积不变。而在标准状况下，水是液态，11.2 L甲烷与22.4 L 氧气恰好完全反应，最后只剩下二氧化碳，其体积为11.2 L。 三、取代反应

6．下列反应属于取代反应的是() A．C2H4＋3O2――→2CO2＋2H2O B．Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu C．NaCl＋AgNO3===AgCl↓＋NaNO3 D．CH2Cl2＋Cl2――→CHCl3＋HCl 答案 D

解析 取代反应是有机物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。A项C2H4的燃烧不是取代反应；B项为置换反应；C项为复分解反应；D项中Cl原子取代了CH2Cl2中的一个H原子，故属于取代反应。

7．在光照条件下，将1 mol CH4与Cl2反应，得到等物质的量的4种取代物，则消耗Cl2物质的量为()

A．1 mol B．2 mol C．2.5 mol D．10 mol 答案 C

光照点燃

点燃

解析 由于CH4＋Cl2――→CH3Cl＋HCl，CH4＋2Cl2――→CH2Cl2＋2HCl，CH4＋3Cl2――→CHCl3＋3HCl，CH4＋4Cl2――→CCl4＋4HCl。1 mol CH4生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各为0.25 mol，则消耗Cl2为0.25＋0.25×2＋0.25×3＋0.25×4＝2.5 (mol)。

[能力提升题]

8．一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49.6 g，当其缓慢通过无水CaCl2时，CaCl2增重25.2 g。原混合气体中CO2质量为() A．12.5 g B．13.2 g C．19.7 g D．24.4 g 答案 B

解析 通过CaCl2时被吸收的为水蒸气，即n(H2O)＝

25.2 g

－＝1.4 mol，根据CH4的组成

18 g·mol1光照

光照光照光照

1.4 mol×2

可知，CO和CO2的物质的量之和为＝0.7 mol，设CO2的质量为x，则CO的质

424.4 g－xx

量为49.6 g－25.2 g－x，故有关系式： －1＋－＝0.7 mol，解得：x＝13.2 g。

44 g·mol28 g·mol19．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体积之比为1∶1，则得到的产物为________(填字母编号，下同)。 A．CH3ClHCl B．CCl4HCl C．CH3ClCH2Cl2

D．CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HCl

(3)经过几个小时的反应后，U形管右端的水柱变化是________。 A．升高B．降低 C．不变D．无法确定

(4)若水中含有Na2SiO3，则在U形管左端会观察到的现象是__________________。 (5)右端玻璃管的作用是______________________________________________。 答案 (1)CH4＋4Cl2――→CCl4＋4HCl(2)D(3)B(4)有白色胶状沉淀生成 (5)平衡气压

光

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＋4Cl2――→CCl4＋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生成油状液滴，U形管左侧生成的氯化氢气体易溶于水。压强减小，U形管右端液面下降，左端液面上升。

(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。

10．将装有甲烷和氯气混合气体的三个集气瓶，用玻璃片盖好瓶口后，分别做如下处理，各有怎样的现象发生？

(1)①置于黑暗中：______________；

②将点燃的镁条靠近集气瓶外壁：____________________________________________； ③放在有光线的房子里：______________________________。

(2)甲烷和氯气发生的一系列反应都是__________(填反应类型)反应，请写出甲烷和氯气反应生成一氯甲烷的化学方程式：____________________________。 答案 (1)①无明显现象 ②爆炸 ③黄绿色逐渐变浅，有油状液滴生成 (2)取代 CH4＋Cl2――→CH3Cl＋HCl

11．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：

光照光

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值应为____________。 (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