3.1.1 天然气的利用 甲烷（苏教版必修2）
【典例导悟】
【典例1】如图所示，集气瓶内充满 甲烷和氯气的混合气体，置于光亮 处，让混合气体缓慢地反应一段时 间。
（1）写出甲烷发生一氯取代反应的化学方程式________ _________________________________________。
（2）光照后将滴管内的水挤入集气瓶中将会看到什么现象？请解释产生有关现象的原因_____________________________________________________________。 【思路点拨】解答本题应注意以下两点： （1）CH4与Cl2取代后的产物中HCl最多。 （2）HCl极易溶于水。
【自主解答】（1）甲烷和氯气发生一氯取代形成一氯甲烷，其反应的化学方程式为：CH4+Cl2CH3Cl+HCl。
（2）甲烷和氯气发生反应后生成HCl，HCl极易溶于水，故将滴管内的水挤入集气瓶后，使集气瓶内气体压强减小，在外界大气压的作用下，烧杯内的水会流入集气瓶中。 答案：（1）CH4+Cl
2CH3Cl+HCl （2）烧杯内的水会流入集气瓶中。因为甲烷和氯气发生反应后生成HCl,HCl极易溶于水，将滴管内的水挤入集气瓶后，使集气瓶内气体压强减小，在外界大气压的作用下，烧杯内的水会流入集气瓶中
【互动探究】若将烧杯内的水改为AgNO3溶液，将会有什么实验现象？
提示：AgNO3溶液会流入集气瓶中，并且会产生白色沉淀。AgNO3+HCl====AgCl↓+HNO3。 【典例2】有下列各组微粒或物质，请按要求填空： A．O2和O3 B．12C和13C
E.甲烷和庚烷
（1）______（填字母代号，下同）互为同位素。 （2）______ 互为同素异形体 （3）______ 属同系物。 （4）______互为同分异构体。 （5）______ 是同一物质。
【规范解答】（1）12C和13C是质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子，互为同位素。
（2）O2和O3是由氧元素形成的性质不同的单质，互为同素异形体。
（3）甲烷和庚烷都属于烷烃，结构相似，在组成上相差6个“CH2”原子团，互为同系物。
答案：（1）B （2）A （3）E （4）C （5）D 【变式训练】下列叙述正确的是（ ） A．分子式相同的物质一定是同种物质 B．通式相同的不同物质一定属于同系物 C．分子式相同的不同物质一定是同分异构体 D．相对分子质量相同的不同物质一定是同分异构体
【解析】选C。分子式相同的物质，结构不一定相同，所以不一定是同种物质；通式相同的不同物质不一定是同系物，也可能是同分异构体或是其他关系；相对分子质量相同，分子式不一定相同，如NO和C2H6等，因此不一定是同分异构体。
【学业达标训练】
1.下列有关化石燃料的说法正确的是（） A.石油属于可再生矿物能源 B.石油主要含有碳、氢两种元素 C.煤的主要成分是碳 D.石油有固定的沸点
【解析】选B。化石燃料都是不可再生的，A错误。石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，无固定沸点，故B正确，D错误。煤是由有机物和无机物组成的复杂混合物，C错误。
【解析】选D。A为分解反应，B为置换反应，C为CH4的 燃烧反应，都不为取代反应；D属于取代反应。
3.（2010·湛江高一检测）在光照条件下，将1 mol CH4与1 mol Cl2混合充分反应后，得到的产物是（ ） A.CH3Cl HCl B.CCl4 HCl C.CH3Cl CH2Cl2
D.CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl 【解析】选D。CH4与Cl2的取代反应体系中，各步的取代同时发生，因此得到的产物是含多种成分的混合物。
4.下列事实中能证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构的是（ ） A.CH3Cl只代表一种物质 B.CH2Cl2只代表一种物质 C.CHCl3只代表一种物质 D.CCl4只代表一种物质 【解析】选B。CH4分子 中有四个等同的C—H键， 在空间可能有两种对称 分布：正四面体结构和
平面正方形结构，如图：
对于甲烷的正四面体的立体结构，因为其四个顶点的位置完全相同，所以它的一氯代物（CH3Cl）、二氯代物（CH2Cl2）、三氯代物（CHCl3）、四氯代物（CCl4）都只有一种。四个C—H键完全相等。
而如果甲烷是正方形结构，虽然四个C—H键也都相同，但四个顶点的H原子的位置关系却不同，可能相邻，也可能是对角关系，所以虽然CH3Cl、CHCl
3、CCl4都只有一种，但CH2Cl2却有两种，一种是两个Cl原子相邻，另一种是两个Cl原子处于对角关系。由这一点可以判断，CH4应为正四面体的立体结构，而不是正方形的平面结构。 5.（2010·青岛高一检测）下列说法正确的是（ ）
A.碳碳间以单键结合，碳原子剩余价键全部与氢原子结合的烃一定是饱和链烃 B.分子组成符合CnH2n+2的烃一定是烷烃 C.正戊烷分子中所有原子均在一条直线上 D.新戊烷的一氯取代物有2种
6.（2010·南通高一检测）下列性质中，属于烷烃特征性质的是（ ） A.完全燃烧的产物为二氧化碳和水 B.它们几乎不溶于水 C.它们是非电解质
D.分子的通式为CnH2n+2，能与氯气发生取代反应
【解析】选D。烃完全燃烧产物均为二氧化碳和水，因此A不是烷烃的特征性质；烃几乎都不溶于水，都是非电解质，所以B、C也不正确。
7.（2010·晋中同步检测）下列关于同系物的说法中错误的是（ ） A.同系物都符合同一通式 【解析】
B.相邻的同系物彼此在组成上相差一个CH2原子团 C.同系物具有相同的最简式
D.同系物的化学性质基本相似，物理性质随着碳原子数增加呈现出规律性的变化 【解析】选C。分子结构相似，而在组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机物互称为同系物。互为同系物的物质化学性质相似，物理性质不同。但同系物的最简式不同，如甲烷的最简式为CH4，乙烷的最简式为CH3。故C项错误。
8.等质量的下列烷烃完全燃烧生成CO2和H2O，耗氧量最多的是（ ） A.C2H6 B.C3H8 C.C4H10 D.C6H14 【解析】
9.把1体积CH4和1体积Cl2组成的 混合气体充入大试管中，将此试 管倒立在盛有饱和食盐水的水槽 里，放在光亮处。
（1）试推测可观察到的现象是：
①_________________________________________； ②_________________________________________； ③_________________________________________； ④_________________________________________。 （2）若向饱和食盐水中加入紫色石蕊试液又有什么现象__________________________________________。 （3）若将食盐水改为Na2SiO
3、AgNO3溶液又有什么现象__________________________________________。
【解析】虽然CH4与Cl2等体积混合，但不是只发生下列反应：CH4+Cl2 CH3Cl+HCl，而且同时进行另三个反应，生成CH2Cl
2、CHCl
3、CCl4和HCl。随着Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失，由于CH2Cl
2、CHCl
3、CCl4常温下为无色液体，Cl2易溶于有机溶剂，试管壁上有黄色油珠生成。因生成的HCl易溶于水，最后量筒内气体只剩CH3Cl，反应后试管内气体压强减小，水位在试管内上升。
（1）HCl溶于水后，饱和食盐水中Cl- 物质的量浓度增大，使结晶速率>溶解速率。故水槽内有少量NaCl晶体析出。
（2）HCl溶于水后溶液显酸性，使石蕊试液变红。
（3）溶于水的HCl与Na2SiO
3、AgNO3分别发生反应：Na2SiO3+2HCl====H2SiO3↓+2NaCl、AgNO3+HCl====AgCl↓+HNO3，故有白色沉淀产生。 答案：（1）①黄绿色逐渐消失 ②试管壁上有黄色油珠
③水位在试管内上升 ④水槽内有少量白色晶体析出 （2）溶液变红色 （3）均出现白色沉淀
10.如图是几种烷烃的球棍模型，试回答下列问题：
（1）A、B、C三者的关系是_____________。 （2）A的分子式为_______，C的名称为______。 （3）写出C的同分异构体的结构简式_____________。
（4）B是2008年北京奥运会火炬燃料的主要成分，若1 mol B 气体完全燃烧，生成CO2气体和液态水，放出
2 217.8 kJ热量，则其燃烧的热化学方程式为______。
【解析】本题考查了学生将图形信息转化为文字信息并且进行迁移的能力，实际上考查了烷烃的结构特点、分子式的书写、命名、同系物、同分异构体的书写以及热化学方程式的书写
等基础知识。在书写热化学方程式时，要特别注意标明反应物和生成物的聚集状态，并且标明变化。
答案：（1）同系物 （2）C2H6 丁烷
（4）C3H8（g）+5O2（g）====3CO2（g）+4H2O（l） ΔH＝－2 217.8 kJ/mol
【素能综合检测】
一、选择题（本题包括5个小题，每小题4分，共20分）
1.（2010·如东高一检测）有机化合物与人类生活水平的提高和人类社会的发展密不可分。下列对有机化合物的认识正确的是（ ） A.有机化合物都是共价化合物 B.有机化合物都含有碳、氢元素 C.有机化合物都具有同分异构现象
D.有机物种类多是由碳原子的成键特征决定的
【解析】选D。有机化合物如CH3COONa中存在离子键，故A错。有的有机化合物中不含氢元素，如CCl4，故B错；甲烷只有一种结构，故C错；碳原子间可以形成单键，双键或叁键，同时也可形成链状结构或环状结构，故D正确。
2.（2010·湖南师大附中高一检测）正丁烷与异丁烷互为同分异构体的依据是（ ） A.具有相似的化学性质 B.具有相同的物理性质 C.分子具有相同的空间结构
D.分子式相同，但分子内碳原子的连接方式不同
【解析】选D。分子式相同、结构不同的物质互称同分异构体，同分异构体空间结构不同，化学性质也不一定相似，物理性质不相同。
3.1 mol CH4与一定量的Cl2在光照条件下发生取代反应，生成的四种氯代甲烷的物质的量相等，则参加反应的Cl2的物质的量是（ ） A.2 mol B.2.5 mol C.3 mol D.4 mol
【解析】选B。因为生成的四种氯代甲烷的物质的量相等，即生成的氯代甲烷每种为0.25 mol，而每取代一个氢原子，则需要一个氯气分子，故所需氯气的物质的量为 0.25 mol×(1+2+3+4)=2.5 mol。
4.有两种气态烷烃的混合物，在标准状况下其密度为 1.16 g·L-1，则关于该混合物组成的说法正确的是( ) 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】选A。混合物的平均摩尔质量为1.16 g·L-1×
22.4 L·mol-1=26.0 g·mol-1，在所有烷烃中，只有甲烷的相对分子质量小于26，所以A正确，B、D错误；因己烷（C6H14）在标准状况下为液体，故C也错误。
5.（2010·长春高一检测）已知丙烷的二氯代物有4种同分异构体，则其六氯代物的同分异构体的数目为（ ）
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
【解析】选C。某烃CxHy与Cl2发生取代反应，m氯取代物和n氯取代物，当m+n=y时，种类个数相同。丙烷有8个氢，则其二氯代物和六氯代物的同分异构体的数目相同，故选C。
二、非选择题（本题包括3个小题，共30分）
6.（6分）实验室制CH4是用无水醋酸钠和碱石灰固体共热制取，其方程式为：H3COONa+NaOHNa2CO3+CH4↑。回答：
（1）实验室制取下列气体时，气体发生装置与实验室制取甲烷气体发生装置相同的是_______。
①H2 ②O2 ③NH3 ④NO ⑤Cl2
（2）现有如图所示的装置，可用它来收集CH4 气体。收集时，配以不同的操作方法，会形成 不同的收集方式。请简述CH4的三种收集方式。
（3）已知CH4分子在空间呈四面体形状，1个C原子与4个H原子各共用一对电子形成4条共价键，C原子位于中心，4个H原子位于4个顶点。如图所示为一个立方体，已画出1个
C原子（在立方体中心）、1个H原子（在立方体顶点）和1条共价键（实线表示），请画出另3个H原子的合适位置和3条共价键。
（2）瓶口朝上时可采用排空气法和排水法收集CH4，瓶口朝下时也可采用排空气法收集CH4。 （3）由于碳原子在立方体中心，1个H原子在顶点，又因为CH4为正四面体构型，所以另3个H原子也应在立方体的顶点上，立方体余下的7个顶点可分成三类；与已知H原子同在一条棱上有3个H原子；与已知氢原子为面对角线的位置上有3个H原子；与已知H原子为体对角线位置上有1个H原子。显然三个面对角线上的顶点即为另3个H原子的位置。 答案：（1）②、③
（2）①瓶口朝上，B口进气；②瓶口朝上，瓶内盛满水，B口进气；③瓶口朝下，A口进气。 （3）
【解析】
［实验·探究］
答案
8.（10分）为测定一种气态烃A的分子式，取一定量的A置于密闭容器中燃烧，定性实验表明产物是CO
2、CO和水蒸气。学生甲、乙设计了如下两个方案，均认为根据自己的方案能求出A的最简式。他们测得的有关数据如下（图中的箭头表示气体的流向，实验前系统内的空气已排除）：
试回答：（1）根据两方案，你认为能否求出A分子中的原子个数比？
（2）请根据你选出的方案，通过计算求出A分子中的碳原子和氢原子的原子个数比。 （3）若要确定A的分子式，是否还需要测定其他数据？如果需要，需测定哪些数据？ （4）还可以如何设计方案测定，求A的最简式，写出你的方案。
【解析】
：
有机化合物的获得与应用 第1单元 化石燃料与有机化合物(第2课时)石油炼制 乙烯学业分层测评 苏教版
【化学】3.3.2《人工合成有机化合物》教案(苏教版必修2)
