1、第1課時天然氣的利用甲烷知識條目必考要求加試要求甲烷的分子組成、結(jié)構(gòu)特征、主要性質(zhì)(取代、氧化反應(yīng))bb能力要求1.會寫甲烷的分子式、結(jié)構(gòu)式、電子式，知道甲烷的結(jié)構(gòu)特點。2.知道甲烷能發(fā)生氧化反應(yīng)和取代反應(yīng)，會寫化學(xué)方程式。3.知道取代反應(yīng)的概念和甲烷發(fā)生取代反應(yīng)時的斷鍵和成鍵情況。一、甲烷的存在、用途及結(jié)構(gòu)1甲烷的存在與用途(1)甲烷的存在甲烷是天然氣、沼氣、油田氣和煤礦坑道氣的主要成分。我國的天然氣主要分布在中西部地區(qū)及海底。(2)甲烷的主要用途通常狀況下，1mol甲烷完全燃燒放出890kJ能量。因此以甲烷為主要成分的天然氣和沼氣都是理想的清潔能源。甲烷還可用作化工原料。2甲烷的組成與結(jié)構(gòu)

2、分子式電子式結(jié)構(gòu)式空間構(gòu)型甲烷的分子模型CH4正四面體結(jié)構(gòu)，C原子位于正四面體中心，H原子位于四個頂點上1.結(jié)構(gòu)式：用一條短線來表示一對共用電子的圖式叫做結(jié)構(gòu)式。2一個碳原子以4個單鍵與其他原子相結(jié)合時：(1)如果這4個原子相同，則分別在四面體的頂點上，構(gòu)成正四面體。(2)如果這4個原子不相同，則分別在四面體的頂點上，但不是正四面體。(3)無論這4個原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3個原子共面。1下列各圖均能表示甲烷的分子結(jié)構(gòu)，其中更能反映其真實存在狀況的是()答案D解析在這幾種形式中，分子結(jié)構(gòu)示意圖、球棍模型及比例模型均能反映甲烷分子的空間構(gòu)型，但比例模型更能形象的表達(dá)出H、C

3、的位置及所占比例；電子式只反映原子的最外層電子的成鍵情況。2以下關(guān)于甲烷的說法中錯誤的是()A甲烷分子是由共價鍵構(gòu)成的分子B甲烷分子具有正四面體結(jié)構(gòu)C甲烷分子中四個CH鍵是完全等價的鍵D甲烷分子中氫原子之間形成共價鍵答案D二、甲烷的性質(zhì)1甲烷的物理性質(zhì)甲烷是一種無色、無味、難溶于水、密度比空氣小的氣體。2甲烷的化學(xué)性質(zhì)(1)氧化反應(yīng)將甲烷在空氣中點燃觀察現(xiàn)象：燃燒現(xiàn)象檢驗產(chǎn)物方法現(xiàn)象結(jié)論淡藍(lán)色火焰在火焰上方罩一個干燥的燒杯燒杯內(nèi)壁有水珠產(chǎn)生生成了水在火焰上方罩一個涂有澄清石灰水的燒杯燒杯內(nèi)壁變渾濁生成了二氧化碳甲烷燃燒的化學(xué)方程式為CH42O2CO22H2O。甲烷是優(yōu)良的氣體燃料，通常狀況下，

4、1mol甲烷在空氣中完全燃燒，生成二氧化碳和水，放出890kJ熱量。因此以甲烷為主要成分的天然氣、沼氣是理想的清潔能源。特別提醒點燃甲烷前必須檢驗純度?？諝庵械募淄楹吭?%15.4%(體積)范圍內(nèi)時，遇火花將發(fā)生爆炸；煤礦中的瓦斯爆炸多數(shù)是甲烷氣體爆炸引發(fā)的。將CH4通入酸性KMnO4溶液中，觀察現(xiàn)象，試解釋其原因。答案現(xiàn)象：酸性KMnO4溶液的紫紅色不發(fā)生變化；原因：CH4分子為正四面體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)對稱，化學(xué)鍵不易斷裂，通常情況下化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。(2)取代反應(yīng)按要求完成下列實驗，并填寫下表：實驗操作實驗現(xiàn)象A裝置：試管內(nèi)氣體黃綠色逐漸變淺，試管內(nèi)壁有油狀液滴出現(xiàn)，試管中有少量白霧生成，試管

5、內(nèi)液面上升，水槽中有固體析出；B裝置：無明顯現(xiàn)象實驗結(jié)論CH4與Cl2在光照時才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)上述實驗A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH4Cl2CH3ClHCl；CH3ClCl2CH2Cl2HCl；CH2Cl2Cl2CHCl3HCl；CHCl3Cl2CCl4HCl。取代反應(yīng)是指有機(jī)物分子里的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng)。CH4和Cl2反應(yīng)的四種取代產(chǎn)物都不溶于水，除一氯甲烷常溫下是氣體外，其他三種都是油狀液體。問題討論a若把甲烷分子中的一個氫原子換成氯原子變成一氯甲烷，還是正四面體結(jié)構(gòu)嗎？答案因CH鍵與CCl鍵的長度不同，故CH3Cl是四面體結(jié)構(gòu)，但不是正四面體結(jié)構(gòu)。bCH4與C

6、l2發(fā)生取代反應(yīng)時，有機(jī)取代產(chǎn)物的總物質(zhì)的量與CH4的物質(zhì)的量有何關(guān)系？答案根據(jù)碳元素守恒，四種有機(jī)取代產(chǎn)物的總物質(zhì)的量等于反應(yīng)物CH4的物質(zhì)的量。cCH3Cl、CCl4只有一種結(jié)構(gòu)，能說明CH4分子是以碳原子為中心的正四面體結(jié)構(gòu)而不是正方形的平面結(jié)構(gòu)嗎？答案不能。因為不論CH4分子是以碳原子為中心的正四面體結(jié)構(gòu)，還是正方形的平面結(jié)構(gòu)，CH3Cl、CCl4均只有一種結(jié)構(gòu)。dCH2Cl2只有一種結(jié)構(gòu)，能說明CH4分子是以碳原子為中心的正四面體結(jié)構(gòu)而不是正方形的平面結(jié)構(gòu)嗎？答案能。因為如果CH4分子是以碳原子為中心的正四面體結(jié)構(gòu)，則CH2Cl2只有一種結(jié)構(gòu)；若CH4分子是正方形的平面結(jié)構(gòu)，則CH2

7、Cl2有兩種結(jié)構(gòu)，即：甲烷的化學(xué)性質(zhì)(1)CH4的特征反應(yīng)是能與鹵素單質(zhì)在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)，但有機(jī)產(chǎn)物一般有多種。(2)CH4能發(fā)生的氧化反應(yīng)就是燃燒，但其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不能與強(qiáng)氧化劑如酸性KMnO4溶液反應(yīng)，也不能與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反應(yīng)。3下列敘述中錯誤的是()A點燃甲烷不一定會爆炸B甲烷燃燒放出大量的熱，所以是一種很好的氣體燃料C煤礦的礦井要注意通風(fēng)并嚴(yán)禁煙火，以防爆炸事故的發(fā)生D點燃甲烷前不必進(jìn)行驗純答案D解析甲烷與氧氣混合達(dá)到一定比例范圍時，點燃會發(fā)生爆炸，因此，甲烷點燃前要進(jìn)行驗純。4在光照條件下，將等物質(zhì)的量的甲烷和氯氣充分反應(yīng)，所得產(chǎn)物中物質(zhì)的量最多的是()ACH3ClBCH2C

8、l2CCHCl3DHCl答案D解析在光照條件下，將等物質(zhì)的量的甲烷和氯氣充分反應(yīng)，會發(fā)生取代反應(yīng)，由于取代反應(yīng)是逐步進(jìn)行的，每一步在產(chǎn)生氯代烴的同時，都會產(chǎn)生HCl，所以在所得產(chǎn)物中物質(zhì)的量最多的是HCl。1下列說法不正確的是()A甲烷是一種難溶于水的氣體B天然氣是一種高效、低耗、污染小的清潔能源C甲烷分子是一種對稱的正四面體結(jié)構(gòu)，四個CH鍵強(qiáng)度相同D甲烷不與任何物質(zhì)反應(yīng)答案D解析通常情況下，甲烷性質(zhì)較穩(wěn)定，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑(酸性高錳酸鉀溶液)等不反應(yīng)，但在一定條件下能與氧氣、鹵素單質(zhì)等發(fā)生反應(yīng)。2已知正四面體形分子E和直線形分子G反應(yīng)，生成四面體形分子L和直線形分子M(組成E分子的元素

9、原子序數(shù)小于10，組成G分子的元素為第3周期的元素)。如下圖所示，則下列判斷中正確的是()A常溫常壓下，L是一種液態(tài)有機(jī)物BE是一種含有非極性鍵的分子C干燥的G能漂白有色物質(zhì)D上述反應(yīng)的類型是取代反應(yīng)答案D解析本題實為用圖像考查甲烷與氯氣的反應(yīng)。L為CH3Cl，常溫常壓下是一種氣態(tài)有機(jī)物；E為甲烷，含有極性鍵；G為氯氣，干燥的氯氣不能漂白有色物質(zhì)。3為驗證甲烷分子中含有碳、氫兩種元素，可將其燃燒產(chǎn)物通過濃硫酸澄清石灰水無水硫酸銅。正確的順序是()ABCD答案D解析要證明CH4中含有碳、氫兩種元素，可通過證明CO2和H2O的存在來證明，可選擇和；但應(yīng)注意檢驗的先后順序，即先證明水后證明CO2。4

10、有機(jī)物分子里的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng)叫取代反應(yīng)。下列化學(xué)反應(yīng)中不屬于取代反應(yīng)的是()ACH2Cl2Br2CHBrCl2HBrBCH3OHHClCH3ClH2OC2Na2H2O=2NaOHH2DCH3CH2BrH2OCH3CH2OHHBr答案C解析取代反應(yīng)是指有機(jī)物分子里的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng)。C項中的反應(yīng)為置換反應(yīng)，不是有機(jī)反應(yīng)，更不是取代反應(yīng)。5將含O2和CH4的混合氣體充入有23.4gNa2O2的密閉容器中，電火花點燃，反應(yīng)結(jié)束后，容器內(nèi)于150時壓強(qiáng)約為0，將殘留物溶于水，無氣體逸出。(1)原混合氣體中O2和CH4體積比為_。(2)殘留固

11、體成分為_。答案(1)12(2)Na2CO3和NaOH解析(1)甲烷燃燒生成水和二氧化碳，過氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和氧氣，該反應(yīng)為2Na2O22CO2=2Na2CO3O2，過氧化鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氧氣的化學(xué)反應(yīng)為2Na2O22H2O=4NaOHO2，依題意，容器內(nèi)于150 時壓強(qiáng)約為0，將殘留物溶于水，無氣體逸出，這說明最后產(chǎn)物只能是Na2CO3和NaOH的混合物，根據(jù)原子守恒原理(尤其是CH4中C和H原子個數(shù)比為14)，可得2CH4O26Na2O2=2Na2CO38NaOH，所以原混合氣體中O2和CH4體積比為12。(2)根據(jù)以上分析可知殘留物是碳酸鈉和氫氧化鈉的混合物?；A(chǔ)過

12、關(guān)題組一甲烷的分子組成、結(jié)構(gòu)特征1下圖是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型圖，下列說法正確的是()ACH4、CCl4和CH3Cl都是正四面體結(jié)構(gòu)BCH4、CCl4都是正四面體結(jié)構(gòu)CCH4和CCl4中的化學(xué)鍵均為非極性鍵DCH4、CCl4的結(jié)構(gòu)相同，性質(zhì)也相同答案B解析CCl4的分子結(jié)構(gòu)同CH4相似，為正四面體結(jié)構(gòu)，CH3Cl中的CH和CCl鍵不同，不是正四面體結(jié)構(gòu)，而是四面體結(jié)構(gòu)。2(2017浙江省瑞安中學(xué)月考)甲烷在氧氣中燃燒后生成二氧化碳和水，從該實驗事實中可以得出的結(jié)論是()A甲烷的分子式為CH4B甲烷氣體中含碳元素和氫元素C甲烷分子中只含碳元素和氫元素D甲烷的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定答

13、案B題組二甲烷的性質(zhì)及應(yīng)用3在光照條件下，下列物質(zhì)中能與甲烷反應(yīng)的是()A鹽酸BCl2CNaOH溶液D酸性KMnO4溶液答案B解析甲烷與氯氣在光照的條件下能發(fā)生取代反應(yīng)，所以答案選B。4(2017無錫高一檢測)甲烷和氯氣以物質(zhì)的量比為11混合，在光照條件下，得到的有機(jī)產(chǎn)物是()CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HClA只有B和的混合物C只有D的混合物答案D5(2017泰安高一檢測)三氯甲烷(CHCl3)又稱氯仿，可用作麻醉劑，但在光照下易被氧化成劇毒的光氣(COCl2)，其反應(yīng)方程式為2CHCl3O22COCl22HCl。為了防止事故發(fā)生，在使用前要先檢驗一下是否變質(zhì)，檢驗用的最佳試劑是

14、()A溴水BNaOH溶液C淀粉碘化鉀溶液DAgNO3溶液答案D6公元前一世紀(jì)，我國已使用天然氣，天然氣的主要成分為甲烷。下列關(guān)于甲烷的敘述中，錯誤的是()A通常情況下，甲烷跟強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑不起反應(yīng)B甲烷化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不能被任何氧化劑氧化C甲烷跟氯氣反應(yīng)無論生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3還是CCl4，都屬于取代反應(yīng)D甲烷的四種取代物都難溶于水答案B解析CH4的性質(zhì)比較穩(wěn)定，通常情況下，不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑反應(yīng)，而不是不能被任何氧化劑氧化，故A正確、B錯誤；CH4在光照條件下與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)，生成4種有機(jī)產(chǎn)物，它們是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，且均難

15、溶于水，故C、D均正確。7在一定的溫度、壓強(qiáng)下，向100mLCH4和Ar的混合氣體中通入400mLO2，點燃使其完全反應(yīng)，最后在相同條件下得到干燥氣體460mL，則反應(yīng)前混合氣體中CH4和Ar的物質(zhì)的量之比為()A14B13C12D11答案A解析Ar是稀有氣體，不參與反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體的體積變化是由CH4燃燒生成的水引起的。設(shè)混合氣體中CH4的體積為x。CH42O2CO22H2OV減小1mL2mL1mL2mLx(100mL400mL)460mL40mLx20mLAr的體積為100mL20mL80mL，CH4與Ar的體積之比為14，相同條件下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比，即n(CH4)n(A

16、r)14。8一定量的CH4燃燒后得到的產(chǎn)物是CO、CO2、H2O(g)，此混合物的質(zhì)量為49.6g，當(dāng)其緩緩?fù)ㄟ^足量的無水CaCl2時，氣體質(zhì)量減少25.2g，則混合氣體中CO的質(zhì)量為()A24.4gB13.2gC12.5gD11.2g答案D解析設(shè)產(chǎn)物中CO的物質(zhì)的量為x，CO2的物質(zhì)的量為y。由碳原子守恒可得CH4的物質(zhì)的量為xy，又由氫原子守恒可得生成H2O的物質(zhì)的量為2(xy)，即可得：44 gmol1y28 gmol1x2(xy)18 gmol149.6 g,2(xy)18 gmol125.2 g。則解得x0.4 mol，y0.3 mol，m(CO)0.4 mol28 gmol111.

17、2 g。9有一種無色的混合氣體可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl組成。為確定其組成，進(jìn)行了以下實驗：將此混合氣體通過濃硫酸，氣體總體積基本不變；再通過過量的澄清石灰水，未見渾濁，但氣體體積減少；把剩余氣體在供氧的情況下燃燒，燃燒產(chǎn)物不能使無水硫酸銅變色。原混合氣體含有()ACO和HClBCH4和NH3CCH4和HClDH2和CO2答案A解析由知，不含NH3；由知，不含CO2，含HCl；由知，不含CH4、H2，含CO。題組三取代反應(yīng)10關(guān)于取代反應(yīng)和置換反應(yīng)的下列說法中，正確的是()A取代反應(yīng)和置換反應(yīng)中一定都有單質(zhì)生成B取代反應(yīng)和置換反應(yīng)一定都屬于氧化還原反應(yīng)C取代反應(yīng)大多是可逆

18、的，反應(yīng)速率慢，而置換反應(yīng)一般是單向進(jìn)行的，反應(yīng)速率快D取代反應(yīng)和置換反應(yīng)的產(chǎn)物都是唯一的，不會有多種產(chǎn)物并存的現(xiàn)象答案C11下列反應(yīng)屬于取代反應(yīng)的是()AC2H43O22CO22H2OBZnCuSO4=ZnSO4CuCNaClAgNO3=AgClNaNO3DCH2Cl2Cl2CHCl3HCl答案D解析取代反應(yīng)是有機(jī)物分子中的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng)。A項，C2H4的燃燒不是取代反應(yīng)；B項為置換反應(yīng)；C項為復(fù)分解反應(yīng)；D項，Cl原子取代了CH2Cl2中的一個H原子，故屬于取代反應(yīng)。12在光照條件下，將1molCH4與Cl2反應(yīng)，得到等物質(zhì)的量的4種取代物，則消耗Cl2物質(zhì)

19、的量為()A1molB2molC2.5molD10mol答案C解析由于CH4Cl2CH3ClHCl、CH42Cl2CH2Cl22HCl、CH43Cl2CHCl33HCl、CH44Cl2CCl44HCl。1molCH4生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各為0.25mol，則消耗Cl2為(0.250.2520.2530.254)mol2.5mol。能力提升13如圖所示，U形管的左端被水和膠塞封閉有甲烷和氯氣(體積比為14)的混合氣體，假定氯氣在水中的溶解度可以忽略。將封閉有甲烷和氯氣混合氣體的裝置放置在有光亮的地方，讓混合氣體緩慢地反應(yīng)一段時間。(1)假設(shè)甲烷與氯氣充分反應(yīng)，且只產(chǎn)

20、生一種有機(jī)物，請寫出化學(xué)方程式：_。(2)若題目中甲烷與氯氣體積之比為11，則得到的產(chǎn)物為_(填字母，下同)。ACH3ClHClBCCl4HClCCH3ClCH2Cl2DCH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HCl(3)經(jīng)過幾個小時的反應(yīng)后，U形管右端的水柱變化是_。A升高B降低C不變D無法確定答案(1)CH44Cl2CCl44HCl(2)D(3)B解析(1)因Cl2足量，若充分反應(yīng)，則CH4中的四個H原子可完全被取代，生成CCl4和HCl：CH44Cl2CCl44HCl。(2)甲烷與氯氣的取代反應(yīng)，是四步反應(yīng)同時發(fā)生的，故得到四種氯代產(chǎn)物和HCl。(3)甲烷和氯氣在光照的條件下發(fā)生取代反應(yīng)

21、生成油狀液滴，U形管左側(cè)生成的氯化氫氣體易溶于水。壓強(qiáng)減小，U形管右端液面下降，左端液面上升。14如下圖是某同學(xué)利用日常用品注射器設(shè)計的簡易實驗裝置。甲中注入10mLCH4，同溫同壓下乙中注入50mLCl2，將乙中氣體推入甲中，用日光照射一段時間，氣體在甲中反應(yīng)。(1)下列是某同學(xué)預(yù)測的實驗現(xiàn)象：氣體最終變?yōu)榧t色；實驗過程中，甲中活塞向內(nèi)移動；甲中內(nèi)壁有油珠；產(chǎn)生火花。其中正確的是_。(2)甲管中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)類型為_。(3)反應(yīng)后，甲中剩余氣體能用下列試劑吸收的是_。A水B氫氧化鈉溶液C硝酸銀溶液D飽和食鹽水(4)反應(yīng)后，若將甲中的物質(zhì)推入盛有適量AgNO3溶液的小試管中會觀察到_。若再向其

22、中滴入幾滴石蕊溶液，又觀察到_。答案(1)(2)取代反應(yīng)(3)B(4)液體分為兩層，產(chǎn)生白色沉淀溶液先變紅后褪色解析在光照下，甲烷與氯氣發(fā)生連鎖反應(yīng)：CH4Cl2CH3ClHCl，CH3ClCl2CH2Cl2HCl，CH2Cl2Cl2CHCl3HCl，CHCl3Cl2CCl4HCl。(1)理論上，甲烷與氯氣體積比為14時二者恰好完全反應(yīng)，而甲中氯氣與甲烷體積比為5141，說明氯氣過量，最終氣體中仍有氯氣。反應(yīng)進(jìn)行過程中不會產(chǎn)生火花。產(chǎn)物中只有氯化氫和一氯甲烷為氣體，所以氣體的總物質(zhì)的量減小，內(nèi)部壓強(qiáng)減小，甲中活塞向內(nèi)移動。(2)甲烷分子中的四個氫原子可被氯原子逐一取代，故甲中發(fā)生的是取代反應(yīng)。

23、(3)剩余氣體中含有氯氣和氯化氫，可用氫氧化鈉溶液吸收剩余氣體。(4)生成的HCl會與AgNO3反應(yīng)生成AgCl白色沉淀，同時因CH2Cl2、CHCl3、CCl4均難溶于水而看到液體分為兩層，因Cl2有剩余，若加入幾滴石蕊溶液，溶液會先變紅后褪色。15利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)制取副產(chǎn)品鹽酸的設(shè)想在工業(yè)上已成為現(xiàn)實。某化學(xué)興趣小組在實驗室中模擬上述過程，其設(shè)計的模擬裝置如下：根據(jù)設(shè)計要求回答：(1)B裝置有三種功能：控制氣流速度；均勻混合氣體；_。(2)E裝置的作用是_(填字母)。A收集氣體B吸收氯氣C防止倒吸D吸收氯化氫(3)在C裝置中，經(jīng)過一段時間的強(qiáng)光照射，發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有黑色小顆粒產(chǎn)生，寫