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基礎課時14　烷烴的性質(zhì)
學習目標　1.熟練掌握甲烷的主要性質(zhì);了解烷烴的主要物理性質(zhì)和化學性質(zhì)。2.認識取代反應的概念及特點。
一、烷烴的物理性質(zhì)及可燃性
(一)知識梳理
1.烷烴的物理性質(zhì)
相似性 遞變性(隨分子中碳原子數(shù)的增加)
熔、沸點 較低 逐漸　
密度 比水　 逐漸　
狀態(tài) 氣態(tài)→液態(tài)→固態(tài),常溫常壓下分子中碳原子數(shù)n≤4的烷烴為氣態(tài)(常溫常壓下,新戊烷為氣態(tài))
溶解性 難溶于　
2.烷烴的化學性質(zhì)
(1)穩(wěn)定性:烷烴比較穩(wěn)定,通常情況下與　　　　　　　　　　　　、　　　或　　　　等強氧化劑不發(fā)生反應。
(2)氧化反應:烷烴可以在空氣中完全燃燒,生成CO2和H2O,并放出大量的熱。
甲烷完全燃燒的化學方程式為　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　;
丙烷完全燃燒的化學方程式為　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(3)分解反應:烷烴在較高溫度下會發(fā)生分解。
(二)歸納總結
1.燃燒反應一定屬于氧化反應,一定會放出熱量。鏈狀烷烴CnH2n+2燃燒的通式:CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。
2.分解反應:烷烴在較高的溫度下會發(fā)生分解。
如:CH4C+2H2,應用:石油化工生產(chǎn)和天然氣化工生產(chǎn)中,獲得重要的化工基本原料和燃料。
1.下列有關烷烴性質(zhì)的敘述不正確的是 (　　)
A.常溫下烷烴與酸、堿、強氧化劑不反應
B.烷烴都具有還原性,能被氧氣氧化
C.烷烴都能燃燒生成二氧化碳和水
D.烷烴能使酸性高錳酸鉀溶液褪色
2.幾種烷烴的沸點如下:
烷烴 甲烷 乙烷 丁烷 戊烷
沸點/℃ -164 -89 -0.5 36
根據(jù)以上數(shù)據(jù)推斷丙烷的沸點可能是 (　　)
A.-40 ℃ B.-162 ℃
C.-89 ℃ D.36 ℃
3.使1 mol某烷烴完全燃燒需要消耗氧氣5 mol,該烷烴的化學式是 (　　)
A.C2H6 B.C3H8
C.C4H10 D.C5H12
二、烷烴的典型性質(zhì)——取代反應
(一)知識梳理
1.取代反應
(1)[實驗探究] 甲烷與Cl2的取代反應:
實驗 操作
實驗 現(xiàn)象 A裝置:試管內(nèi)氣體顏色　　　　;試管內(nèi)壁有　　　　出現(xiàn),試管中有少量白霧,且試管內(nèi)液面　　　　,有固體析出。B裝置:無明顯現(xiàn)象
實驗 結論 CH4與Cl2需在光照時才能發(fā)生化學反應,有關化學方程式: CH4+Cl2　　　　　　　　　　　　; CH3Cl+Cl2　　　　　　　　　　　　; CH2Cl2+Cl2　　　　　　　　　　　　; CHCl3+Cl2　　　　　　　　　　　　。
(2)甲烷的四種氯代產(chǎn)物的性質(zhì):
CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4都不溶于水,常溫下除　　　　　　是氣體外,其余三種均為液體。
(3)取代反應:有機物分子里的某些　　　　　　　　被其他原子或原子團所替代的反應。
2.有機物的通性(與烷烴類似)
(1)大多數(shù)有機物的熔點比較低,且　　　　于水,易溶于汽油、乙醇、苯等有機溶劑。
(2)大多數(shù)有機物容易　　　　,受熱會發(fā)生分解。
(3)有機物的化學反應比較復雜,常伴有副反應發(fā)生(有機化學方程式常用“—→”連接反應物和生成物),很多反應需要在加熱、光照或使用催化劑的條件下進行。
(二)問題探究
問題1　甲烷與氯氣發(fā)生反應時,所得產(chǎn)物有幾種 能否用CH4和Cl2按1∶1的體積比混合來制取純凈的CH3Cl
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　CH4和Cl2發(fā)生取代反應時,每有1 mol氫原子被取代,消耗的Cl2分子及生成的HCl分子的物質(zhì)的量分別是多少
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
1.烷烴(以甲烷為例)發(fā)生取代反應的有關規(guī)律
(1)反應條件:反應條件為光照,其光照為漫射光,強光直射易發(fā)生爆炸。
(2)反應物:反應物為鹵素單質(zhì),如甲烷與氯水、溴水不反應,但可以與氯氣、溴蒸氣發(fā)生取代反應。
(3)反應產(chǎn)物:雖然反應物的比例、反應的時間長短等因素會造成各種產(chǎn)物的比例不同,但甲烷與氯氣反應生成的產(chǎn)物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四種有機物與HCl形成的混合物。反應產(chǎn)物中HCl的物質(zhì)的量最多。
(4)反應特點
①連鎖反應
甲烷分子中的氫原子被氯原子逐步取代,第一步反應一旦開始,后續(xù)反應立即進行,且各步反應可同時進行。即當n(CH4)∶n(Cl2)=1∶1時,并不只發(fā)生反應CH4+Cl2CH3Cl+HCl,其他反應也在進行。
②數(shù)量關系
CH4與Cl2發(fā)生取代反應時,每有1 mol H被取代,則消耗1 mol Cl2,同時生成1 mol HCl,即n(Cl2)=n(H)=n(HCl)。1 mol CH4與Cl2發(fā)生取代反應,最多消耗4 mol Cl2。1 mol CnH2n+2與Cl2發(fā)生取代反應,最多消耗Cl22n+2 mol。
2.甲烷氯代產(chǎn)物的結構
甲烷分子中四個氫原子完全相同,氫原子被氯原子取代后的產(chǎn)物均只有一種結構,但由于氯原子和氫原子半徑不同,生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3是四面體結構,CCl4則為正四面體。
3.取代反應的特點
(1)取代反應的特點是“上一下一,有進有出”,類似無機反應中的復分解反應,注意在書寫化學方程式時,防止漏寫產(chǎn)物中的小分子。
(2)烷烴在光照條件下與溴水不反應,但由于溴易溶于有機溶劑而被從水層中萃取出來,水層顏色變淺。
1.下列反應屬于取代反應的是 (　　)
①Mg+H2SO4===MgSO4+H2↑
②NaOH+CH3COOH===CH3COONa+H2O
③CH3CH3+2Br2CH2BrCH2Br+2HBr
④CH2Cl2+Br2CHBrCl2+HBr
A.②③ B.①③
C.②④ D.③④
2.實驗室中將盛有甲烷與氯氣混合氣體的量筒倒立在盛有飽和食鹽水的水槽中,光照使其發(fā)生反應,下列說法錯誤的是 (　　)
A.量筒中氣體顏色逐漸變淺
B.氯化氫極易溶于水,導致量筒中液面上升
C.飽和食鹽水能夠抑制氯氣的溶解
D.通過量筒內(nèi)壁上出現(xiàn)的油狀液滴可以說明生成四種有機產(chǎn)物
3.若甲烷與氯氣以物質(zhì)的量之比1∶3混合,在光照下得到的有機產(chǎn)物:①CH3Cl,②CH2Cl2,③CHCl3,④CCl4,其中正確的是 (　　)
A.只有① B.只有③
C.①②③的混合物 D.①②③④的混合物
:課后完成　第七章　基礎課時14基礎課時14　烷烴的性質(zhì)
學習目標　1.熟練掌握甲烷的主要性質(zhì);了解烷烴的主要物理性質(zhì)和化學性質(zhì)。2.認識取代反應的概念及特點。
一、烷烴的物理性質(zhì)及可燃性
(一)知識梳理
1.烷烴的物理性質(zhì)
相似性 遞變性(隨分子中碳原子數(shù)的增加)
熔、沸點 較低 逐漸升高
密度 比水小 逐漸增大
狀態(tài) 氣態(tài)→液態(tài)→固態(tài),常溫常壓下分子中碳原子數(shù)n≤4的烷烴為氣態(tài)(常溫常壓下,新戊烷為氣態(tài))
溶解性 難溶于水。
2.烷烴的化學性質(zhì)
(1)穩(wěn)定性:烷烴比較穩(wěn)定,通常情況下與強酸、強堿或高錳酸鉀 等強氧化劑不發(fā)生反應。
(2)氧化反應:烷烴可以在空氣中完全燃燒,生成CO2和H2O,并放出大量的熱。
甲烷完全燃燒的化學方程式為CH4+2O2CO2+2H2O　;丙烷完全燃燒的化學方程式為C3H8+5O23CO2+4H2O 。
(3)分解反應:烷烴在較高溫度下會發(fā)生分解。
(二)歸納總結
1.燃燒反應一定屬于氧化反應,一定會放出熱量。鏈狀烷烴CnH2n+2燃燒的通式:CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。
2.分解反應:烷烴在較高的溫度下會發(fā)生分解。
如:CH4C+2H2,應用:石油化工生產(chǎn)和天然氣化工生產(chǎn)中,獲得重要的化工基本原料和燃料。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列有關烷烴性質(zhì)的敘述不正確的是 (　　)
A.常溫下烷烴與酸、堿、強氧化劑不反應
B.烷烴都具有還原性,能被氧氣氧化
C.烷烴都能燃燒生成二氧化碳和水
D.烷烴能使酸性高錳酸鉀溶液褪色
答案　D
解析　烷烴屬于飽和烴,性質(zhì)穩(wěn)定,常溫下與酸、堿、強氧化劑不反應,A正確、D錯誤;烷烴都能在氧氣中燃燒,表現(xiàn)出還原性,B正確;烷烴為碳、氫元素組成的化合物,在氧氣中完全燃燒生成二氧化碳和水,C正確。
2.幾種烷烴的沸點如下:
烷烴 甲烷 乙烷 丁烷 戊烷
沸點/℃ -164 -89 -0.5 36
根據(jù)以上數(shù)據(jù)推斷丙烷的沸點可能是 (　　)
A.-40 ℃ B.-162 ℃
C.-89 ℃ D.36 ℃
答案　A
解析　隨著碳原子數(shù)的增加,烷烴的沸點逐漸升高,丙烷的沸點應介于乙烷和丁烷的沸點之間。
3.使1 mol某烷烴完全燃燒需要消耗氧氣5 mol,該烷烴的化學式是 (　　)
A.C2H6 B.C3H8 C.C4H10 D.C5H12
答案　B
解析　根據(jù)烷烴的燃燒通式可知,CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O,某1 mol烷烴完全燃燒需要消耗5 mol氧氣,則n=3,即該烷烴為丙烷,化學式為C3H8。
二、烷烴的典型性質(zhì)——取代反應
(一)知識梳理
1.取代反應
(1)[實驗探究] 甲烷與Cl2的取代反應:
實驗 操作
實驗 現(xiàn)象 A裝置:試管內(nèi)氣體顏色逐漸變淺;試管內(nèi)壁有油狀液體出現(xiàn),試管中有少量白霧,且試管內(nèi)液面上升,有固體析出。B裝置:無明顯現(xiàn)象
實驗 結論 CH4與Cl2需在光照時才能發(fā)生化學反應,有關化學方程式: CH4+Cl2CH3Cl+HCl ;CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl ; CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl ;CHCl3+Cl2CCl4+HCl。
(2)甲烷的四種氯代產(chǎn)物的性質(zhì):
CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4都不溶于水,常溫下除CH3Cl是氣體外,其余三種均為液體。
(3)取代反應:有機物分子里的某些原子或原子團被其他原子或原子團所替代的反應。
2.有機物的通性(與烷烴類似)
(1)大多數(shù)有機物的熔點比較低,且難溶于水,易溶于汽油、乙醇、苯等有機溶劑。
(2)大多數(shù)有機物容易燃燒,受熱會發(fā)生分解。
(3)有機物的化學反應比較復雜,常伴有副反應發(fā)生(有機化學方程式常用“”連接反應物和生成物),很多反應需要在加熱、光照或使用催化劑的條件下進行。
(二)問題探究
問題1　甲烷與氯氣發(fā)生反應時,所得產(chǎn)物有幾種 能否用CH4和Cl2按1∶1的體積比混合來制取純凈的CH3Cl
提示　反應中得到CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四種有機物和HCl,共5種產(chǎn)物。用CH4和Cl2按1∶1的體積比混合不能制取純凈的CH3Cl。因為CH4和Cl2的反應是連鎖反應,分子中的氫原子是被氯原子逐步取代,不可能只發(fā)生第一步取代反應,生成物為混合物。
問題2　CH4和Cl2發(fā)生取代反應時,每有1 mol氫原子被取代,消耗的Cl2分子及生成的HCl分子的物質(zhì)的量分別是多少
提示　每有1 mol氫原子被取代,消耗1 mol Cl2分子,同時生成1 mol HCl分子。
【探究歸納】
1.烷烴(以甲烷為例)發(fā)生取代反應的有關規(guī)律
(1)反應條件:反應條件為光照,其光照為漫射光,強光直射易發(fā)生爆炸。
(2)反應物:反應物為鹵素單質(zhì),如甲烷與氯水、溴水不反應,但可以與氯氣、溴蒸氣發(fā)生取代反應。
(3)反應產(chǎn)物:雖然反應物的比例、反應的時間長短等因素會造成各種產(chǎn)物的比例不同,但甲烷與氯氣反應生成的產(chǎn)物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四種有機物與HCl形成的混合物。反應產(chǎn)物中HCl的物質(zhì)的量最多。
(4)反應特點
①連鎖反應
甲烷分子中的氫原子被氯原子逐步取代,第一步反應一旦開始,后續(xù)反應立即進行,且各步反應可同時進行。即當n(CH4)∶n(Cl2)=1∶1時,并不只發(fā)生反應CH4+Cl2CH3Cl+HCl,其他反應也在進行。
②數(shù)量關系
CH4與Cl2發(fā)生取代反應時,每有1 mol H被取代,則消耗1 mol Cl2,同時生成1 mol HCl,即n(Cl2)=n(H)=n(HCl)。1 mol CH4與Cl2發(fā)生取代反應,最多消耗4 mol Cl2。1 mol CnH2n+2與Cl2發(fā)生取代反應,最多消耗Cl22n+2 mol。
2.甲烷氯代產(chǎn)物的結構
甲烷分子中四個氫原子完全相同,氫原子被氯原子取代后的產(chǎn)物均只有一種結構,但由于氯原子和氫原子半徑不同,生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3是四面體結構,CCl4則為正四面體。
3.取代反應的特點
(1)取代反應的特點是“上一下一,有進有出”,類似無機反應中的復分解反應,注意在書寫化學方程式時,防止漏寫產(chǎn)物中的小分子。
(2)烷烴在光照條件下與溴水不反應,但由于溴易溶于有機溶劑而被從水層中萃取出來,水層顏色變淺。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列反應屬于取代反應的是 (　　)
①Mg+H2SO4===MgSO4+H2↑
②NaOH+CH3COOH===CH3COONa+H2O
③CH3CH3+2Br2CH2BrCH2Br+2HBr
④CH2Cl2+Br2CHBrCl2+HBr
A.②③ B.①③
C.②④ D.③④
答案　D
解析　反應①為置換反應;反應②屬于復分解反應;反應③中CH3CH3的2個H原子分別被2個Br原子替代,該反應為取代反應,反應④中CH2Cl2的一個H原子被一個Br原子替代也為取代反應。
2.實驗室中將盛有甲烷與氯氣混合氣體的量筒倒立在盛有飽和食鹽水的水槽中,光照使其發(fā)生反應,下列說法錯誤的是 (　　)
A.量筒中氣體顏色逐漸變淺
B.氯化氫極易溶于水,導致量筒中液面上升
C.飽和食鹽水能夠抑制氯氣的溶解
D.通過量筒內(nèi)壁上出現(xiàn)的油狀液滴可以說明生成四種有機產(chǎn)物
答案　D
解析　Cl2被消耗,Cl2的量逐漸減少,所以氣體顏色逐漸變淺;HCl溶于水導致量筒中壓強減小,從而導致量筒中液面上升;飽和NaCl溶液中Cl-濃度高,從而抑制Cl2的溶解;該反應中產(chǎn)生了一氯甲烷(氣體)、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳四種有機物,油狀物有三種。
3.若甲烷與氯氣以物質(zhì)的量之比1∶3混合,在光照下得到的有機產(chǎn)物:①CH3Cl,②CH2Cl2,③CHCl3,④CCl4,其中正確的是 (　　)
A.只有① B.只有③
C.①②③的混合物 D.①②③④的混合物
答案　D
解析　 CH4和Cl2的取代反應為連鎖反應,無論兩者的物質(zhì)的量之比為多少,其產(chǎn)物都是HCl和CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的混合物。
　　　　　　　　　　　　　　　　
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)烷烴的物理性質(zhì)及可燃性
1.下列關于甲烷及烷烴的結構及性質(zhì)的說法錯誤的是 (　　)
A.烷烴均難溶于水,相對密度均小于1
B.烷烴不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,因此烷烴不能發(fā)生氧化反應
C.物質(zhì)的沸點:戊烷>丁烷>丙烷
D.甲烷的空間結構為正四面體形,甲烷分子中4個共價鍵的長度相同,相互之間的夾角相等
答案　B
解析　烷烴能燃燒,因此能發(fā)生氧化反應,B錯誤。
2.下列性質(zhì)中,屬于鏈狀烷烴特征的是 (　　)
A.完全燃燒只生成二氧化碳和水
B.不溶于水
C.分子的通式為CnH2n+2,與氯氣發(fā)生取代反應
D.密度比水的密度小
答案　C
解析　A項,碳氫化合物完全燃燒產(chǎn)物都是二氧化碳和水,不屬于烷烴的特征;B項,烯烴、炔烴、苯等大部分有機物都是不溶于水的,不屬于烷烴的特征;C項,烷烴為飽和烴,其鏈狀烷烴分子的通式為CnH2n+2,滿足CnH2n+2的烴一定為鏈狀烷烴;能夠發(fā)生取代反應是烷烴的特征反應之一;D項,密度比水的密度小的不一定是烷烴,不屬于烷烴的特征。
3.為驗證烷烴分子中含有C、H兩種元素,可將其充分燃燒后的產(chǎn)物通過①濃硫酸;②澄清石灰水;③無水硫酸銅。正確的順序是 (　　)
A.①②③ B.②③
C.②③① D.③②
答案　D
解析　要證明烷烴中含有C、H兩種元素,可通過其燃燒產(chǎn)物為CO2和H2O來證明,選②、③,檢驗時應先檢驗H2O后檢驗CO2,故順序為③②。
4.如圖為烴分子的球棍模型,“大球”表示碳原子,“小球”表示氫原子。下列說法正確的是 (　　)
A.圖1表示的烴叫丙烷
B.圖2烴分子的結構簡式為CH3CH2CH2CH3
C.圖1與圖2表示的物質(zhì)不能被溴水、酸性KMnO4等強氧化劑氧化,故不能發(fā)生氧化反應
D.圖1與圖2表示的物質(zhì)的沸點:前者高于后者
答案　 D
解析　圖1含4個碳,故圖1表示的烴叫丁烷,A錯誤;圖2烴分子含支鏈,故其結構簡式為CH(CH3)3,B錯誤;兩種物質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定,不能被溴水、酸性KMnO4等強氧化劑氧化,但是可以燃燒,燃燒屬于氧化反應,C錯誤;兩物質(zhì)相對分子質(zhì)量相同,圖2有支鏈,沸點更低,D正確。
(二)烷烴的典型性質(zhì)——取代反應
5.下列物質(zhì)在一定條件下可與乙烷發(fā)生化學反應的是 (　　)
A.氯氣 B.溴水
C.氯水 D.酸性高錳酸鉀溶液
答案　A
解析　類比甲烷的化學性質(zhì),乙烷與氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應,和溴水、氯水、酸性高錳酸鉀溶液不反應。
6.下列反應屬于取代反應的是 (　　)
①CHCl3+Cl2CCl4+HCl
②2HI+Cl2===2HCl+I2
③CO+2H2CH3OH
④CH3CH2CN+Cl2+HCl
⑤CH3CH2OH+HBr CH3CH2Br+H2O
A.①② B.①②③④
C.①④⑤ D.②④⑤
答案　C
解析　①CHCl3中的H原子被Cl原子取代,屬于取代反應;②該反應屬于置換反應;③該反應屬于化合反應;④CH3CH2CN分子中“—CH2—”的1個H原子被Cl原子取代,屬于取代反應;⑤CH3CH2OH分子中的—OH被Br原子取代,屬于取代反應。
7.在標準狀況下,22.4 L CH4與氯氣在光照下發(fā)生取代反應,待反應完全后,測得四種有機取代物的物質(zhì)的量相等,則消耗的氯氣為 (　　)
A.0.5 mol B.2 mol
C.2.5 mol D.4 mol
答案　C
解析　1 mol CH4與氯氣發(fā)生取代反應,生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 mol,該四種取代物中n(Cl)=0.25 mol×(1+2+3+4)=2.5 mol,根據(jù)取代反應特點,參加反應的氯氣為2.5 mol。
8.已知最簡單的有機物E和直線形分子G在光照條件下反應,生成四面體形分子L和直線形分子M(組成G分子的元素為第三周期的元素),如圖。則下列判斷錯誤的是 (　　)
A.常溫常壓下,E是一種無色無味的氣體
B.上述反應類型是取代反應
C.G能使干燥的紅色布條變成無色
D.在光照條件L能與G繼續(xù)發(fā)生與上述類似的反應
答案　C
解析　已知最簡單的有機物E為CH4,直線形分子G,組成G分子的元素為第三周期的元素,且G是雙原子分子,所以G是Cl2,該反應是CH4和Cl2發(fā)生取代反應生成CH3Cl和HCl,即L是CH3Cl,M是HCl。A項,由分析可知,E為CH4,在常溫下為無色無味的氣體;B項,CH4中的H原子被Cl原子取代生成CH3Cl和HCl,屬于取代反應;C項,由分析可知,G為Cl2,Cl2能使?jié)駶櫟募t色布條變成無色;D項,由分析可知,L為CH3Cl,G為Cl2,在光照條件CH3Cl能與Cl2繼續(xù)發(fā)生取代反應。
9.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1∶4)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一段時間。
(1)假設甲烷與氯氣反應充分,且只產(chǎn)生一種有機物,請寫出化學方程式:　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
(2)若題目中甲烷與氯氣體積之比為1∶1,則得到的產(chǎn)物為　　　　(填字母,下同)。
A.CH3Cl　HCl
B.CCl4　HCl
C.CH3Cl　CH2Cl2
D.CH3Cl　CH2Cl2　CHCl3　CCl4　HCl
(3)經(jīng)過幾個小時的反應后,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)CH4+4Cl2CCl4+4HCl　(2)D　(3)B
解析　(1)因Cl2足量,若充分反應,則CH4中的四個H原子可完全被取代,生成CCl4和HCl,反應方程式為CH4+4Cl2CCl4+4HCl。(2)甲烷與氯氣的取代反應,是四步反應同時發(fā)生,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)生取代反應生成油狀液滴和氯化氫氣體,氯化氫氣體易溶于水,壓強減小,U形管右端液面下降,左端液面上升。
B級　素養(yǎng)培優(yōu)練
10.在光照條件下,CH4與Cl2能發(fā)生取代反應。若1 mol CH4與Cl2反應,待反應完成后測得四種有機取代物的物質(zhì)的量之比為n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)=1∶2∶3∶4,則消耗Cl2的物質(zhì)的量為 (　　)
A.1.0 mol B.2.0 mol
C.3.0 mol D.4.0 mol
答案　C
解析　在光照條件下,CH4與Cl2發(fā)生取代反應時,生成1 mol CH3Cl消耗1 mol氯氣;生成1 mol CH2Cl2消耗2 mol氯氣;生成1 mol CHCl3消耗3 mol 氯氣;生成1 mol CCl4消耗4 mol氯氣。四種有機取代物的物質(zhì)的量之比為n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)=1∶2∶3∶4,根據(jù)碳原子守恒,生成四種有機取代物的物質(zhì)的量n(CH3Cl)、n(CH2Cl2)、n(CHCl3)、n(CCl4)分別是0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol,消耗的Cl2為0.1 mol+2×0.2 mol+3×0.3 mol+4×0.4 mol=3.0 mol。
11.相同物質(zhì)的量的下列氣態(tài)烴完全燃燒,消耗氧氣最多的是 (　　)
A.C3H8 B.C3H6
C.C2H4 D.CH4
答案　A
解析　設烴的分子式為CxHy,完全燃燒的化學方程式為CxHy+(x+)O2xCO2+H2O。設四種烴均為1 mol,根據(jù)(x+)可算出完全燃燒消耗O2的物質(zhì)的量分別為5 mol、4.5 mol、3 mol、2 mol。故A項消耗O2最多。
12.已知有一種烴的結構類似自行車,簡稱“自行車烴”,如圖所示,下列關于它的性質(zhì)敘述正確的是 (　　)
A.易溶于水 B.可以發(fā)生取代反應
C.其密度大于水的密度 D.其分子式為C16H32
答案　B
解析　烷烴都難溶于水,密度比水小,可以發(fā)生取代反應,A、C錯誤,B正確;根據(jù)結構簡式可知分子式為C16H30,D錯誤。
13.兩種氣態(tài)烴組成的混合氣體,完全燃燒后得到CO2和H2O(g)的物質(zhì)的量隨著混合烴的總物質(zhì)的量的變化如圖所示,則下列對混合烴的判斷正確的是 (　　)
①可能有C2H2　②一定有CH4　③一定有C3H8　④一定沒有C4H6　⑤可能有C2H6
A.②⑤ B.②④
C.③④ D.②③
答案　B
解析　解答本題的關鍵是明白圖像中混合烴的總物質(zhì)的量與生成的CO2和H2O(g)的關系,結合圖像中正比關系,能確定混合烴的平均分子式。由題圖可知兩種氣態(tài)烴的平均分子式為C1.6H4,根據(jù)碳原子平均數(shù)可知,該混合氣體中一定含有CH4,由氫原子平均數(shù)可知,另一氣態(tài)烴中氫原子數(shù)目為4,則一定沒有C2H2、C3H8、C4H6、C2H6,故②④正確。
14.如圖是某同學利用日常用品注射器設計的簡易實驗裝置。甲管中注入10 mL CH4,同溫同壓下乙管中注入50 mL Cl2,將乙管氣體推入甲管中,氣體在甲管中反應,針管放在光亮處一段時間。
(1)下列是某同學預測的實驗現(xiàn)象:
①氣體最終變?yōu)闊o色;②實驗過程中,甲管活塞向內(nèi)移動;③甲管內(nèi)壁有油珠;④產(chǎn)生火花。其中正確的是　　　　　　。
(2)甲管中發(fā)生化學反應的類型為　　　　　　。
(3)反應后,能吸收甲管中剩余氣體的試劑是　　　　　　。
A.水 B.NaOH溶液
C.AgNO3溶液 D.飽和食鹽水
(4)反應后,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　　　　　　,若再向其中滴入幾滴石蕊溶液,又觀察到　　　　　　。
答案　(1)②③　(2)取代反應　(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　 在光照條件下,甲烷與氯氣發(fā)生反應:CH4+Cl2CH3Cl+HCl,CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl,CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl,CHCl3+Cl2CCl4+HCl。(1)理論上,甲烷與氯氣體積比為1∶4時,二者恰好完全反應,而甲中氯氣與甲烷體積比為5∶1>4∶1,說明氯氣過量,反應后仍有氯氣剩余。該反應進行緩慢,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)部壓強減小,甲管活塞向內(nèi)移動。(2)甲烷分子中的四個氫原子可被氯原子逐一取代,故甲管中發(fā)生的是取代反應。(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溶液反應生成AgCl白色沉淀,同時因CH2Cl2、CHCl3、CCl4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,溶液會先變紅后褪色。
15.利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應制取副產(chǎn)品鹽酸的設想在工業(yè)上已成為現(xiàn)實。某化學興趣小組在實驗室中模擬上述過程,其設計的模擬裝置如圖所示。
根據(jù)設計要求回答下列問題:
(1)A裝置中發(fā)生反應的離子方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)B裝置有三種功能:①　　　　　　;②均勻混合氣體;③干燥混合氣體。
(3)在C裝置中,經(jīng)過一段時間的強光照射,發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有黑色小顆粒產(chǎn)生,寫出置換出黑色小顆粒的化學方程式:　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(4)D裝置的石棉中均勻混有KI粉末,其作用是　　　　　　　　　　　　。
(5)E裝置的作用是　　　　(填字母)。
A.吸收氯氣　B.吸收氯化氫　C.防止倒吸
(6)該裝置還有缺陷,原因是沒有進行尾氣處理,其尾氣中主要的含氯有機物為　　　　(填字母)。
A.CH3Cl B.CH2Cl2
C.CHCl3 D.CCl4
答案　 (1)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O　(2)控制氣流速度　(3)CH4+2Cl24HCl+C　(4)吸收過量的氯氣　(5)BC　(6)A
解析　(1)濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下反應生成氯氣、水和氯化錳,反應的離子方程式為MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。(2)B裝置除具有均勻混合氣體、干燥混合氣體的作用之外,還可以根據(jù)氣泡多少控制氣流速度。(3)在C裝置中,經(jīng)過一段時間的強光照射,發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有黑色小顆粒產(chǎn)生,這說明有碳單質(zhì)產(chǎn)生,則置換出碳單質(zhì)的化學方程式為CH4+2Cl2C+4HCl。(4)氯氣能與KI反應生成氯化鉀和I2,所以D裝置的石棉中均勻混有KI粉末,其作用是吸收過量的氯氣。(5)E裝置中盛裝的是水,反應中有HCl生成,HCl極易溶于水,所以E裝置的作用是吸收氯化氫和防止倒吸。(6)甲烷與氯氣反應生成的四種氯代烴中,只有一氯甲烷是氣體,故尾氣中主要的含氯有機物為CH3Cl。(共51張PPT)
第一節(jié)　認識有機化合物
基礎課時 　烷烴的性質(zhì)
14
第七章
有機化合物
1.熟練掌握甲烷的主要性質(zhì);了解烷烴的主要物理性質(zhì)和化學性質(zhì)。
2.認識取代反應的概念及特點。
學習目標
一、烷烴的物理性質(zhì)及可燃性
二、烷烴的典型性質(zhì)——取代反應
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
一、烷烴的物理性質(zhì)及可燃性
對點訓練
(一)知識梳理
1.烷烴的物理性質(zhì)
相似性 遞變性(隨分子中碳原子數(shù)的增加)
熔、沸點 較低 逐漸______
密度 比水____ 逐漸______
狀態(tài) 氣態(tài)→液態(tài)→固態(tài),常溫常壓下分子中碳原子數(shù)n≤4的烷烴為氣態(tài)(常溫常壓下,新戊烷為氣態(tài))
溶解性 難溶于____。
小
升高
增大
水
2.烷烴的化學性質(zhì)
(1)穩(wěn)定性:烷烴比較穩(wěn)定,通常情況下與______、______或__________ 等強氧化劑不發(fā)生反應。
(2)氧化反應:烷烴可以在空氣中完全燃燒,生成CO2和H2O,并放出大量的熱。
甲烷完全燃燒的化學方程式為______________________;丙烷完全燃燒的化學方程式為_______________________。
(3)分解反應:烷烴在較高溫度下會發(fā)生分解。
強酸
強堿
高錳酸鉀
1.下列有關烷烴性質(zhì)的敘述不正確的是 (　　)
A.常溫下烷烴與酸、堿、強氧化劑不反應
B.烷烴都具有還原性,能被氧氣氧化
C.烷烴都能燃燒生成二氧化碳和水
D.烷烴能使酸性高錳酸鉀溶液褪色
解析　烷烴屬于飽和烴,性質(zhì)穩(wěn)定,常溫下與酸、堿、強氧化劑不反應,A正確、D錯誤;烷烴都能在氧氣中燃燒,表現(xiàn)出還原性,B正確;烷烴為碳、氫元素組成的化合物,在氧氣中完全燃燒生成二氧化碳和水,C正確。
D
2.幾種烷烴的沸點如下:
根據(jù)以上數(shù)據(jù)推斷丙烷的沸點可能是 (　　)
A.-40 ℃ B.-162 ℃
C.-89 ℃ D.36 ℃
解析　隨著碳原子數(shù)的增加,烷烴的沸點逐漸升高,丙烷的沸點應介于乙烷和丁烷的沸點之間。
A
烷烴 甲烷 乙烷 丁烷 戊烷
沸點/℃ -164 -89 -0.5 36
3.使1 mol某烷烴完全燃燒需要消耗氧氣5 mol,該烷烴的化學式是 (　　)
A.C2H6 B.C3H8 C.C4H10 D.C5H12
解析　根據(jù)烷烴的燃燒通式可知,CnH2n+2+O2 nCO2+(n+1)H2O,某1 mol烷烴完全燃燒需要消耗5 mol氧氣,則n=3,即該烷烴為丙烷,化學式為C3H8。
B
二、烷烴的典型性質(zhì)——取代反應
對點訓練
(一)知識梳理
1.取代反應
(1)[實驗探究] 甲烷與Cl2的取代反應:
實驗 操作
實驗 現(xiàn)象 A裝置:試管內(nèi)氣體顏色__________;試管內(nèi)壁有__________出現(xiàn),試管中有少量白霧,且試管內(nèi)液面______,有固體析出。B裝置:無明顯現(xiàn)象
逐漸變淺
油狀液體
上升
CH3Cl+HCl
CH2Cl2+HCl
CHCl3+HCl
CCl4+HCl
(2)甲烷的四種氯代產(chǎn)物的性質(zhì):
CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4都不溶于水,常溫下除____________是氣體外,其余三種均為液體。
(3)取代反應:有機物分子里的某些______________被其他原子或原子團所替代的反應。
CH3Cl
原子或原子團
2.有機物的通性(與烷烴類似)
(1)大多數(shù)有機物的熔點比較低,且______于水,易溶于汽油、乙醇、苯等有機溶劑。
(2)大多數(shù)有機物容易______,受熱會發(fā)生分解。
(3)有機物的化學反應比較復雜,常伴有副反應發(fā)生(有機化學方程式常用“ ”連接反應物和生成物),很多反應需要在加熱、光照或使用催化劑的條件下進行。
難溶
燃燒
(二)問題探究
問題1　甲烷與氯氣發(fā)生反應時,所得產(chǎn)物有幾種 能否用CH4和Cl2按1∶1的體積比混合來制取純凈的CH3Cl
提示　反應中得到CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四種有機物和HCl,共5種產(chǎn)物。用CH4和Cl2按1∶1的體積比混合不能制取純凈的CH3Cl。因為CH4和Cl2的反應是連鎖反應,分子中的氫原子是被氯原子逐步取代,不可能只發(fā)生第一步取代反應,生成物為混合物。
問題2　CH4和Cl2發(fā)生取代反應時,每有1 mol氫原子被取代,消耗的Cl2分子及生成的HCl分子的物質(zhì)的量分別是多少
提示　每有1 mol氫原子被取代,消耗1 mol Cl2分子,同時生成1 mol HCl分子。
【探究歸納】
1.烷烴(以甲烷為例)發(fā)生取代反應的有關規(guī)律
(1)反應條件:反應條件為光照,其光照為漫射光,強光直射易發(fā)生爆炸。
(2)反應物:反應物為鹵素單質(zhì),如甲烷與氯水、溴水不反應,但可以與氯氣、溴蒸氣發(fā)生取代反應。
(3)反應產(chǎn)物:雖然反應物的比例、反應的時間長短等因素會造成各種產(chǎn)物的比例不同,但甲烷與氯氣反應生成的產(chǎn)物都是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4四種有機物與HCl形成的混合物。反應產(chǎn)物中HCl的物質(zhì)的量最多。
(4)反應特點
①連鎖反應
甲烷分子中的氫原子被氯原子逐步取代,第一步反應一旦開始,后續(xù)反應立即進行,且各步反應可同時進行。即當n(CH4)∶n(Cl2)=1∶1時,并不只發(fā)生反應CH4+Cl2
CH3Cl+HCl,其他反應也在進行。
②數(shù)量關系
CH4與Cl2發(fā)生取代反應時,每有1 mol H被取代,則消耗1 mol Cl2,同時生成1 mol HCl,即n(Cl2)=n(H)=n(HCl)。1 mol CH4與Cl2發(fā)生取代反應,最多消耗4 mol Cl2。1 mol CnH2n+2與Cl2發(fā)生取代反應,最多消耗Cl22n+2 mol。
2.甲烷氯代產(chǎn)物的結構
甲烷分子中四個氫原子完全相同,氫原子被氯原子取代后的產(chǎn)物均只有一種結構,但由于氯原子和氫原子半徑不同,生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3是四面體結構,CCl4則為正四面體。
3.取代反應的特點
(1)取代反應的特點是“上一下一,有進有出”,類似無機反應中的復分解反應,注意在書寫化學方程式時,防止漏寫產(chǎn)物中的小分子。
(2)烷烴在光照條件下與溴水不反應,但由于溴易溶于有機溶劑而被從水層中萃取出來,水層顏色變淺。
1.下列反應屬于取代反應的是 (　　)
①Mg+H2SO4===MgSO4+H2↑
②NaOH+CH3COOH===CH3COONa+H2O
③CH3CH3+2Br2 CH2BrCH2Br+2HBr
④CH2Cl2+Br2 CHBrCl2+HBr
A.②③ B.①③ C.②④ D.③④
解析　反應①為置換反應;反應②屬于復分解反應;反應③中CH3CH3的2個H原子分別被2個Br原子替代,該反應為取代反應,反應④中CH2Cl2的一個H原子被一個Br原子替代也為取代反應。
D
2.實驗室中將盛有甲烷與氯氣混合氣體的量筒倒立在盛有飽和食鹽水的水槽中,光照使其發(fā)生反應,下列說法錯誤的是 (　　)
A.量筒中氣體顏色逐漸變淺
B.氯化氫極易溶于水,導致量筒中液面上升
C.飽和食鹽水能夠抑制氯氣的溶解
D.通過量筒內(nèi)壁上出現(xiàn)的油狀液滴可以說明生成四種有機產(chǎn)物
解析　Cl2被消耗,Cl2的量逐漸減少,所以氣體顏色逐漸變淺;HCl溶于水導致量筒中壓強減小,從而導致量筒中液面上升;飽和NaCl溶液中Cl-濃度高,從而抑制Cl2的溶解;該反應中產(chǎn)生了一氯甲烷(氣體)、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳四種有機物,油狀物有三種。
D
3.若甲烷與氯氣以物質(zhì)的量之比1∶3混合,在光照下得到的有機產(chǎn)物:①CH3Cl,
②CH2Cl2,③CHCl3,④CCl4,其中正確的是 (　　)
A.只有① B.只有③
C.①②③的混合物 D.①②③④的混合物
解析　 CH4和Cl2的取代反應為連鎖反應,無論兩者的物質(zhì)的量之比為多少,其產(chǎn)物都是HCl和CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4的混合物。
D
課后鞏固訓練
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)烷烴的物理性質(zhì)及可燃性
1.下列關于甲烷及烷烴的結構及性質(zhì)的說法錯誤的是(　　)
A.烷烴均難溶于水,相對密度均小于1
B.烷烴不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,因此烷烴不能發(fā)生氧化反應
C.物質(zhì)的沸點:戊烷>丁烷>丙烷
D.甲烷的空間結構為正四面體形,甲烷分子中4個共價鍵的長度相同,相互之間的夾角相等
解析　烷烴能燃燒,因此能發(fā)生氧化反應,B錯誤。
B
2.下列性質(zhì)中,屬于鏈狀烷烴特征的是 (　　)
A.完全燃燒只生成二氧化碳和水
B.不溶于水
C.分子的通式為CnH2n+2,與氯氣發(fā)生取代反應
D.密度比水的密度小
解析　A項,碳氫化合物完全燃燒產(chǎn)物都是二氧化碳和水,不屬于烷烴的特征;B項,烯烴、炔烴、苯等大部分有機物都是不溶于水的,不屬于烷烴的特征;C項,烷烴為飽和烴,其鏈狀烷烴分子的通式為CnH2n+2,滿足CnH2n+2的烴一定為鏈狀烷烴;能夠發(fā)生取代反應是烷烴的特征反應之一;D項,密度比水的密度小的不一定是烷烴,不屬于烷烴的特征。
C
3.為驗證烷烴分子中含有C、H兩種元素,可將其充分燃燒后的產(chǎn)物通過①濃硫酸;②澄清石灰水;③無水硫酸銅。正確的順序是 (　　)
A.①②③ B.②③
C.②③① D.③②
解析　要證明烷烴中含有C、H兩種元素,可通過其燃燒產(chǎn)物為CO2和H2O來證明,選②、③,檢驗時應先檢驗H2O后檢驗CO2,故順序為③②。
D
4.如圖為烴分子的球棍模型,“大球”表示碳原子,“小球”表示氫原子。下列說法正確的是 (　　)
A.圖1表示的烴叫丙烷
B.圖2烴分子的結構簡式為CH3CH2CH2CH3
C.圖1與圖2表示的物質(zhì)不能被溴水、酸性KMnO4等強氧化劑氧化,故不能發(fā)生氧化反應
D.圖1與圖2表示的物質(zhì)的沸點:前者高于后者
D
解析　圖1含4個碳,故圖1表示的烴叫丁烷,A錯誤;圖2烴分子含支鏈,故其結構簡式為CH(CH3)3,B錯誤;兩種物質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定,不能被溴水、酸性KMnO4等強氧化劑氧化,但是可以燃燒,燃燒屬于氧化反應,C錯誤;兩物質(zhì)相對分子質(zhì)量相同,圖2有支鏈,沸點更低,D正確。
(二)烷烴的典型性質(zhì)——取代反應
5.下列物質(zhì)在一定條件下可與乙烷發(fā)生化學反應的是(　　)
A.氯氣 B.溴水
C.氯水 D.酸性高錳酸鉀溶液
解析　類比甲烷的化學性質(zhì),乙烷與氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應,和溴水、氯水、酸性高錳酸鉀溶液不反應。
A
6.下列反應屬于取代反應的是 (　　)
C
解析　①CHCl3中的H原子被Cl原子取代,屬于取代反應;②該反應屬于置換反應;③該反應屬于化合反應;④CH3CH2CN分子中“—CH2—”的1個H原子被Cl原子取代,屬于取代反應;⑤CH3CH2OH分子中的—OH被Br原子取代,屬于取代反應。
7.在標準狀況下,22.4 L CH4與氯氣在光照下發(fā)生取代反應,待反應完全后,測得四種有機取代物的物質(zhì)的量相等,則消耗的氯氣為 (　　)
A.0.5 mol B.2 mol
C.2.5 mol D.4 mol
解析　1 mol CH4與氯氣發(fā)生取代反應,生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各0.25 mol,該四種取代物中n(Cl)=0.25 mol×(1+2+3+4)=2.5 mol,根據(jù)取代反應特點,參加反應的氯氣為2.5 mol。
C
8.已知最簡單的有機物E和直線形分子G在光照條件下反應,生成四面體形分子L和直線形分子M(組成G分子的元素為第三周期的元素),如圖。則下列判斷錯誤的是 (　　)
A.常溫常壓下,E是一種無色無味的氣體
B.上述反應類型是取代反應
C.G能使干燥的紅色布條變成無色
D.在光照條件L能與G繼續(xù)發(fā)生與上述類似的反應
C
解析　已知最簡單的有機物E為CH4,直線形分子G,組成G分子的元素為第三周期的元素,且G是雙原子分子,所以G是Cl2,該反應是CH4和Cl2發(fā)生取代反應生成CH3Cl和HCl,即L是CH3Cl,M是HCl。A項,由分析可知,E為CH4,在常溫下為無色無味的氣體;B項,CH4中的H原子被Cl原子取代生成CH3Cl和HCl,屬于取代反應;C項,由分析可知,G為Cl2,Cl2能使?jié)駶櫟募t色布條變成無色;D項,由分析可知,L為CH3Cl,G為Cl2,在光照條件CH3Cl能與Cl2繼續(xù)發(fā)生取代反應。
9.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1∶4)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一段時間。
(1)假設甲烷與氯氣反應充分,且只產(chǎn)生一種有機物,
請寫出化學方程式:　　　　　　　　　　　 　　。
(2)若題目中甲烷與氯氣體積之比為1∶1,則得到的產(chǎn)物為　　(填字母,下同)。
A.CH3Cl　HCl
B.CCl4　HCl
C.CH3Cl　CH2Cl2
D.CH3Cl　CH2Cl2　CHCl3　CCl4　HCl
(3)經(jīng)過幾個小時的反應后,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
D
B
解析 (2)甲烷與氯氣的取代反應,是四步反應同時發(fā)生,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)生取代反應生成油狀液滴和氯化氫氣體,氯化氫氣體易溶于水,壓強減小,U形管右端液面下降,左端液面上升。
B級　素養(yǎng)培優(yōu)練
10.在光照條件下,CH4與Cl2能發(fā)生取代反應。若1 mol CH4與Cl2反應,待反應完成后測得四種有機取代物的物質(zhì)的量之比為n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶ n(CCl4)=1∶2∶3∶4,則消耗Cl2的物質(zhì)的量為(　　)
A.1.0 mol B.2.0 mol
C.3.0 mol D.4.0 mol
C
解析　在光照條件下,CH4與Cl2發(fā)生取代反應時,生成1 mol CH3Cl消耗1 mol氯氣;生成1 mol CH2Cl2消耗2 mol氯氣;生成1 mol CHCl3消耗3 mol 氯氣;生成1 mol CCl4消耗4 mol氯氣。四種有機取代物的物質(zhì)的量之比為n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶ n(CHCl3)∶n(CCl4)=1∶2∶3∶4,根據(jù)碳原子守恒,生成四種有機取代物的物質(zhì)的量n(CH3Cl)、n(CH2Cl2)、n(CHCl3)、n(CCl4)分別是0.1 mol、0.2 mol、0.3 mol、0.4 mol,消耗的Cl2為0.1 mol+2×0.2 mol+3×0.3 mol+ 4×0.4 mol=3.0 mol。
11.相同物質(zhì)的量的下列氣態(tài)烴完全燃燒,消耗氧氣最多的是 (　　)
A.C3H8 B.C3H6
C.C2H4 D.CH4
解析　設烴的分子式為CxHy,完全燃燒的化學方程式為CxHy+(x+)O2 xCO2+H2O。設四種烴均為1 mol,根據(jù)(x+)可算出完全燃燒消耗O2的物質(zhì)的量分別為5 mol、4.5 mol、3 mol、2 mol。故A項消耗O2最多。
A
12.已知有一種烴的結構類似自行車,簡稱“自行車烴”,如圖所示,下列關于它的性質(zhì)敘述正確的是 (　　)
A.易溶于水 B.可以發(fā)生取代反應
C.其密度大于水的密度 D.其分子式為C16H32
解析　烷烴都難溶于水,密度比水小,可以發(fā)生取代反應,A、C錯誤,B正確;根據(jù)結構簡式可知分子式為C16H30,D錯誤。
B
13.兩種氣態(tài)烴組成的混合氣體,完全燃燒后得到CO2和H2O(g)的物質(zhì)的量隨著混合烴的總物質(zhì)的量的變化如圖所示,則下列對混合烴的判斷正確的是 (　　)
①可能有C2H2　②一定有CH4　③一定有C3H8　
④一定沒有C4H6　⑤可能有C2H6
A.②⑤ B.②④
C.③④ D.②③
B
解析　解答本題的關鍵是明白圖像中混合烴的總物質(zhì)的量與生成的CO2和H2O(g)的關系,結合圖像中正比關系,能確定混合烴的平均分子式。由題圖可知兩種氣態(tài)烴的平均分子式為C1.6H4,根據(jù)碳原子平均數(shù)可知,該混合氣體中一定含有CH4,由氫原子平均數(shù)可知,另一氣態(tài)烴中氫原子數(shù)目為4,則一定沒有C2H2、C3H8、C4H6、C2H6,故②④正確。
14.如圖是某同學利用日常用品注射器設計的簡易實驗裝置。甲管中注入10 mL CH4,同溫同壓下乙管中注入50 mL Cl2,將乙管氣體推入甲管中,氣體在甲管中反應,針管放在光亮處一段時間。
(1)下列是某同學預測的實驗現(xiàn)象:
①氣體最終變?yōu)闊o色;②實驗過程中,甲管活塞向內(nèi)移動;③甲管內(nèi)壁有油珠;④產(chǎn)生火花。其中正確的是　　　　　　。
(2)甲管中發(fā)生化學反應的類型為　　　　　　。
②③
取代反應
(3)反應后,能吸收甲管中剩余氣體的試劑是　　　　　　。
A.水 B.NaOH溶液
C.AgNO3溶液 D.飽和食鹽水
(4)反應后,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
　　　　　　　　　　　　　　,若再向其中滴入幾滴石蕊溶液,又觀察到
　　　　　　　　　　。
B
液體分為兩層,產(chǎn)生白色沉淀
溶液先變紅后褪色
解析 (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溶液反應生成AgCl白色沉淀,同時因CH2Cl2、CHCl3、CCl4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,溶液會先變紅后褪色。
15.利用甲烷與氯氣發(fā)生取代反應制取副產(chǎn)品鹽酸的設想在工業(yè)上已成為現(xiàn)實。某化學興趣小組在實驗室中模擬上述過程,其設計的模擬裝置如圖所示。
根據(jù)設計要求回答下列問題:
(1)A裝置中發(fā)生反應的離子方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　。
(2)B裝置有三種功能:①　　　　　　　　;②均勻混合氣體;③干燥混合氣體。
(3)在C裝置中,經(jīng)過一段時間的強光照射,發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)壁有黑色小顆粒產(chǎn)生,寫出置換出黑色小顆粒的化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　。
(4)D裝置的石棉中均勻混有KI粉末,其作用是　　　　　　　　　　　　。
控制氣流速度
吸收過量的氯氣
(5)E裝置的作用是　　　　(填字母)。
A.吸收氯氣　B.吸收氯化氫　C.防止倒吸
(6)該裝置還有缺陷,原因是沒有進行尾氣處理,其尾氣中主要的含氯有機物為____ (填字母)。
A.CH3Cl B.CH2Cl2
C.CHCl3 D.CCl4
BC
A
解析 (5)E裝置中盛裝的是水,反應中有HCl生成,HCl極易溶于水,所以E裝置的作用是吸收氯化氫和防止倒吸。(6)甲烷與氯氣反應生成的四種氯代烴中,只有一氯甲烷是氣體,故尾氣中主要的含氯有機物為CH3Cl。

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