蘇教版高中化學(xué)必修二3.1.1-天然氣的利用-甲烷

3.1.1天然氣的利用甲烷（蘇教版必修2）【典例導(dǎo)悟】【典例1】如圖所示，集氣瓶?jī)?nèi)充滿甲烷和氯氣的混合氣體，置于光亮處，讓混合氣體緩慢地反應(yīng)一段時(shí)間。（1）寫出甲烷發(fā)生一氯取代反應(yīng)的化學(xué)方程式_________________________________________________。（2）光照后將滴管內(nèi)的水?dāng)D入集氣瓶中將會(huì)看到什么現(xiàn)象？請(qǐng)解釋產(chǎn)生有關(guān)現(xiàn)象的原因_____________________________________________________________?！舅悸伏c(diǎn)撥】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）CH4與Cl2取代后的產(chǎn)物中HCl最多。（2）HCl極易溶于水。【自主解答】（1）甲烷和氯氣發(fā)生一氯取代形成一氯甲烷，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH4+Cl2CH3Cl+HCl。（2）甲烷和氯氣發(fā)生反應(yīng)后生成HCl，HCl極易溶于水，故將滴管內(nèi)的水?dāng)D入集氣瓶后，使集氣瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)減小，在外界大氣壓的作用下，燒杯內(nèi)的水會(huì)流入集氣瓶中。答案：（1）CH4+Cl2CH3Cl+HCl（2）燒杯內(nèi)的水會(huì)流入集氣瓶中。因?yàn)榧淄楹吐葰獍l(fā)生反應(yīng)后生成HCl,HCl極易溶于水，將滴管內(nèi)的水?dāng)D入集氣瓶后，使集氣瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)減小，在外界大氣壓的作用下，燒杯內(nèi)的水會(huì)流入集氣瓶中【互動(dòng)探究】若將燒杯內(nèi)的水改為AgNO3溶液，將會(huì)有什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？提示：AgNO3溶液會(huì)流入集氣瓶中，并且會(huì)產(chǎn)生白色沉淀。AgNO3+HCl====AgCl↓+HNO3?！镜淅?】有下列各組微?；蛭镔|(zhì)，請(qǐng)按要求填空：A．O2和O3B．12C和13CE.甲烷和庚烷（1）______（填字母代號(hào)，下同）互為同位素。（2）______互為同素異形體。（3）______屬同系物。（4）______互為同分異構(gòu)體。（5）______是同一物質(zhì)。【規(guī)范解答】（1）12C和13C（2）O2和O3是由氧元素形成的性質(zhì)不同的單質(zhì)，互為同素異形體。（3）甲烷和庚烷都屬于烷烴，結(jié)構(gòu)相似，在組成上相差6個(gè)“CH2”原子團(tuán)，互為同系物。答案：（1）B（2）A（3）E（4）C（5）D【變式訓(xùn)練】下列敘述正確的是（）A．分子式相同的物質(zhì)一定是同種物質(zhì)B．通式相同的不同物質(zhì)一定屬于同系物C．分子式相同的不同物質(zhì)一定是同分異構(gòu)體D．相對(duì)分子質(zhì)量相同的不同物質(zhì)一定是同分異構(gòu)體【解析】選C。分子式相同的物質(zhì)，結(jié)構(gòu)不一定相同，所以不一定是同種物質(zhì)；通式相同的不同物質(zhì)不一定是同系物，也可能是同分異構(gòu)體或是其他關(guān)系；相對(duì)分子質(zhì)量相同，分子式不一定相同，如NO和C2H6等，因此不一定是同分異構(gòu)體?！緦W(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)訓(xùn)練】1.下列有關(guān)化石燃料的說法正確的是（）A.石油屬于可再生礦物能源B.石油主要含有碳、氫兩種元素C.煤的主要成分是碳D.石油有固定的沸點(diǎn)9.把1體積CH4和1體積Cl2組成的混合氣體充入大試管中，將此試管倒立在盛有飽和食鹽水的水槽里，放在光亮處。（1）試推測(cè)可觀察到的現(xiàn)象是：①_________________________________________；②_________________________________________；③_________________________________________；④_________________________________________。（2）若向飽和食鹽水中加入紫色石蕊試液又有什么現(xiàn)象__________________________________________。（3）若將食鹽水改為Na2SiO3、AgNO3溶液又有什么現(xiàn)象__________________________________________。【解析】雖然CH4與Cl2等體積混合，但不是只發(fā)生下列反應(yīng)：CH4+Cl2CH3Cl+HCl，而且同時(shí)進(jìn)行另三個(gè)反應(yīng)，生成CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl。隨著Cl2不斷消耗，黃綠色逐漸消失，由于CH2Cl2、CHCl3、CCl4常溫下為無色液體，Cl2易溶于有機(jī)溶劑，試管壁上有黃色油珠生成。因生成的HCl易溶于水，最后量筒內(nèi)氣體只剩CH3Cl，反應(yīng)后試管內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，水位在試管內(nèi)上升。（1）HCl溶于水后，飽和食鹽水中Cl-物質(zhì)的量濃度增大，使結(jié)晶速率>溶解速率。故水槽內(nèi)有少量NaCl晶體析出。（2）HCl溶于水后溶液顯酸性，使石蕊試液變紅。（3）溶于水的HCl與Na2SiO3、AgNO3分別發(fā)生反應(yīng)：Na2SiO3+2HCl====H2SiO3↓+2NaCl、AgNO3+HCl====AgCl↓+HNO3，故有白色沉淀產(chǎn)生。答案：（1）①黃綠色逐漸消失②試管壁上有黃色油珠③水位在試管內(nèi)上升④水槽內(nèi)有少量白色晶體析出（2）溶液變紅色（3）均出現(xiàn)白色沉淀10.如圖是幾種烷烴的球棍模型，試回答下列問題：（1）A、B、C三者的關(guān)系是_____________。（2）A的分子式為_______，C的名稱為______。（3）寫出C的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式_____________。（4）B是2008年北京奧運(yùn)會(huì)火炬燃料的主要成分，若1molB氣體完全燃燒，生成CO2氣體和液態(tài)水，放出2217.8kJ熱量，則其燃燒的熱化學(xué)方程式為______?！窘馕觥勘绢}考查了學(xué)生將圖形信息轉(zhuǎn)化為文字信息并且進(jìn)行遷移的能力，實(shí)際上考查了烷烴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、分子式的書寫、命名、同系物、同分異構(gòu)體的書寫以及熱化學(xué)方程式的書寫等基礎(chǔ)知識(shí)。在書寫熱化學(xué)方程式時(shí)，要特別注意標(biāo)明反應(yīng)物和生成物的聚集狀態(tài)，并且標(biāo)明變化。答案：（1）同系物（2）C2H6丁烷（4）C3H8（g）+5O2（g）====3CO2（g）+4H2O（l）ΔH＝－2217.8kJ/mol【素能綜合檢測(cè)】一、選擇題（本題包括5個(gè)小題，每小題4分，共20分）1.（2010·如東高一檢測(cè)）有機(jī)化合物與人類生活水平的提高和人類社會(huì)的發(fā)展密不可分。下列對(duì)有機(jī)化合物的認(rèn)識(shí)正確的是（）A.有機(jī)化合物都是共價(jià)化合物B.有機(jī)化合物都含有碳、氫元素C.有機(jī)化合物都具有同分異構(gòu)現(xiàn)象D.有機(jī)物種類多是由碳原子的成鍵特征決定的【解析】選D。有機(jī)化合物如CH3COONa中存在離子鍵，故A錯(cuò)。有的有機(jī)化合物中不含氫元素，如CCl4，故B錯(cuò)；甲烷只有一種結(jié)構(gòu)，故C錯(cuò)；碳原子間可以形成單鍵，雙鍵或叁鍵，同時(shí)也可形成鏈狀結(jié)構(gòu)或環(huán)狀結(jié)構(gòu)，故D正確。2.（2010·湖南師大附中高一檢測(cè)）正丁烷與異丁烷互為同分異構(gòu)體的依據(jù)是（）A.具有相似的化學(xué)性質(zhì)B.具有相同的物理性質(zhì)C.分子具有相同的空間結(jié)構(gòu)D.分子式相同，但分子內(nèi)碳原子的連接方式不同【解析】選D。分子式相同、結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)互稱同分異構(gòu)體，同分異構(gòu)體空間結(jié)構(gòu)不同，化學(xué)性質(zhì)也不一定相似，物理性質(zhì)不相同。3.1molCH4與一定量的Cl2在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)，生成的四種氯代甲烷的物質(zhì)的量相等，則參加反應(yīng)的Cl2的物質(zhì)的量是（）A.2molB.2.5molC.3molD.4mol【解析】選B。因?yàn)樯傻乃姆N氯代甲烷的物質(zhì)的量相等，即生成的氯代甲烷每種為0.25mol，而每取代一個(gè)氫原子，則需要一個(gè)氯氣分子，故所需氯氣的物質(zhì)的量為0.25mol×(1+2+3+4)=2.5mol。4.有兩種氣態(tài)烷烴的混合物，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下其密度為1.16g·L-1，則關(guān)于該混合物組成的說法正確的是()A.一定有甲烷B.一定有乙烷C.可能是甲烷和己烷的混合物D.可能是乙烷和丙烷的混合物【解析】選A?；旌衔锏钠骄栙|(zhì)量為1.16g·L-1×22.4L·mol-1=26.0g·mol-1，在所有烷烴中，只有甲烷的相對(duì)分子質(zhì)量小于26，所以A正確，B、D錯(cuò)誤；因己烷（C6H14）在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為液體，故C也錯(cuò)誤。5.（2010·長(zhǎng)春高一檢測(cè)）已知丙烷的二氯代物有4種同分異構(gòu)體，則其六氯代物的同分異構(gòu)體的數(shù)目為（）A.2種B.3種C.4種D.5種【解析】選C。某烴CxHy與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)，m氯取代物和n氯取代物，當(dāng)m+n=y時(shí)，種類個(gè)數(shù)相同。丙烷有8個(gè)氫，則其二氯代物和六氯代物的同分異構(gòu)體的數(shù)目相同，故選C。二、非選擇題（本題包括3個(gè)小題，共30分）6.（6分）實(shí)驗(yàn)室制CH4是用無水醋酸鈉和堿石灰固體共熱制取，其方程式為：H3COONa+NaOHNa2CO3+CH4↑?；卮穑海?）實(shí)驗(yàn)室制取下列氣體時(shí)，氣體發(fā)生裝置與實(shí)驗(yàn)室制取甲烷氣體發(fā)生裝置相同的是_______。①H2②O2③NH3④NO⑤Cl2（2）現(xiàn)有如圖所示的裝置，可用它來收集CH4氣體。收集時(shí)，配以不同的操作方法，會(huì)形成不同的收集方式。請(qǐng)簡(jiǎn)述CH4的三種收集方式。（3）已知CH4分子在空間呈四面體形狀，1個(gè)C原子與4個(gè)H原子各共用一對(duì)電子形成4條共價(jià)鍵，C原子位于中心，4個(gè)H原子位于4個(gè)頂點(diǎn)。如圖所示為一個(gè)立方體，已畫出1個(gè)C原子（在立方體中心）、1個(gè)H原子（在立方體頂點(diǎn)）和1條共價(jià)鍵（實(shí)線表示），請(qǐng)畫出另3個(gè)H原子的合適位置和3條共價(jià)鍵。（2）瓶口朝上時(shí)可采用排空氣法和排水法收集CH4，瓶口朝下時(shí)也可采用排空氣法收集CH4。（3）由于碳原子在立方體中心，1個(gè)H原子在頂點(diǎn)，又因?yàn)镃H4為正四面體構(gòu)型，所以另3個(gè)H原子也應(yīng)在立方體的頂點(diǎn)上，立方體余下的7個(gè)頂點(diǎn)可分成三類；與已知H原子同在一條棱上有3個(gè)H原子；與已知?dú)湓訛槊鎸?duì)角線的位置上有3個(gè)H原子；與已知H原子為體對(duì)角線位置上有1個(gè)H原子。顯然三個(gè)面對(duì)角線上的頂點(diǎn)即為另3個(gè)H原子的位置。答案：（1）②、③（2）①瓶口朝上，B口進(jìn)氣；②瓶口朝上，瓶?jī)?nèi)盛滿水，B口進(jìn)氣；③瓶口朝下，A口進(jìn)氣。（3）【【解析】［實(shí)驗(yàn)·探究］答案答案：8.（10分）為測(cè)定一種氣態(tài)烴A的分子式，取一定量的A置于密閉容器中燃燒，定性實(shí)驗(yàn)表明產(chǎn)物是CO2、CO和水蒸氣。學(xué)生甲、