專題3第一單元第1課時(shí)天然氣的利用　甲烷導(dǎo)學(xué)案

1、.第一單元化石燃料與有機(jī)化合物第1課時(shí)天然氣的利用甲烷知識(shí)條目必考要求加試要求甲烷的分子組成、構(gòu)造特征、主要性質(zhì)取代、氧化反響bb才能要求1.會(huì)寫甲烷的分子式、構(gòu)造式、電子式，知道甲烷的構(gòu)造特點(diǎn)。2.知道甲烷能發(fā)生氧化反響和取代反響，會(huì)寫化學(xué)方程式。3.知道取代反響的概念和甲烷發(fā)生取代反響時(shí)的斷鍵和成鍵情況。一、甲烷的存在、用處及構(gòu)造1甲烷的存在與用處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(guó)的天然氣主要分布在中西部地區(qū)及海底。2甲烷的主要用處通常狀況下，1 mol甲烷完全燃燒放出890 kJ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

2、料。2甲烷的組成與構(gòu)造分子式電子式構(gòu)造式空間構(gòu)型甲烷的分子模型CH4正四面體構(gòu)造，C原子位于正四面體中心，H原子位于四個(gè)頂點(diǎn)上1.構(gòu)造式：用一條短線來(lái)表示一對(duì)共用電子的圖式叫做構(gòu)造式。2一個(gè)碳原子以4個(gè)單鍵與其他原子相結(jié)合時(shí)：1假如這4個(gè)原子一樣，那么分別在四面體的頂點(diǎn)上，構(gòu)成正四面體。2假如這4個(gè)原子不一樣，那么分別在四面體的頂點(diǎn)上，但不是正四面體。3無(wú)論這4個(gè)原子是否一樣，都不可能在同一平面上，并且最多有3個(gè)原子共面。1以下各圖均能表示甲烷的分子構(gòu)造，其中更能反映其真實(shí)存在狀況的是答案D解析在這幾種形式中，分子構(gòu)造示意圖、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

3、達(dá)出H、C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(shuō)法中錯(cuò)誤的選項(xiàng)是A甲烷分子是由共價(jià)鍵構(gòu)成的分子B甲烷分子具有正四面體構(gòu)造C甲烷分子中四個(gè)CH鍵是完全等價(jià)的鍵D甲烷分子中氫原子之間形成共價(jià)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(wú)色、無(wú)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氧化反響將甲烷在空氣中點(diǎn)燃觀察現(xiàn)象：燃燒現(xiàn)象檢驗(yàn)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(gè)枯燥的燒杯燒杯內(nèi)壁有水珠產(chǎn)生生成了水在火焰上方罩一個(gè)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

4、況下，1 mol甲烷在空氣中完全燃燒，生成二氧化碳和水，放出890 kJ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(diǎn)燃甲烷前必須檢驗(yàn)純度?？諝庵械募淄楹吭?%15.4%體積范圍內(nèi)時(shí)，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分子為正四面體構(gòu)造，構(gòu)造對(duì)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取代反響按要求完成以下實(shí)驗(yàn)，并填寫下表：實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)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

5、管內(nèi)液面上升，水槽中有固體析出；B裝置：無(wú)明顯現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論CH4與Cl2在光照時(shí)才能發(fā)生化學(xué)反響上述實(shí)驗(yàn)A中發(fā)生反響的化學(xué)方程式為CH4Cl2CH3ClHCl；CH3ClCl2CH2Cl2HCl；CH2Cl2Cl2CHCl3HCl；CHCl3Cl2CCl4HCl。取代反響是指有機(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)所替代的反響。CH4和Cl2反響的四種取代產(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(wèn)題討論a假設(shè)把甲烷分子中的一個(gè)氫原子換成氯原子變成一氯甲烷，還是正四面體構(gòu)造嗎？答案因CH鍵與CCl鍵的長(zhǎng)度不同，故CH3Cl是四面體構(gòu)造，但不是正四面體構(gòu)造。bCH4

6、與Cl2發(fā)生取代反響時(shí)，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)的量等于反響物CH4的物質(zhì)的量。cCH3Cl、CCl4只有一種構(gòu)造，能說(shuō)明CH4分子是以碳原子為中心的正四面體構(gòu)造而不是正方形的平面構(gòu)造嗎？答案不能。因?yàn)椴还蹸H4分子是以碳原子為中心的正四面體構(gòu)造，還是正方形的平面構(gòu)造，CH3Cl、CCl4均只有一種構(gòu)造。dCH2Cl2只有一種構(gòu)造，能說(shuō)明CH4分子是以碳原子為中心的正四面體構(gòu)造而不是正方形的平面構(gòu)造嗎？答案能。因?yàn)榧偃鏑H4分子是以碳原子為中心的正四面體構(gòu)造，那么CH2Cl2只有一種構(gòu)造；假設(shè)CH4分子是正方形的平面構(gòu)造，

7、那么CH2Cl2有兩種構(gòu)造，即： 甲烷的化學(xué)性質(zhì)1CH4的特征反響是能與鹵素單質(zhì)在光照條件下發(fā)生取代反響，但有機(jī)產(chǎn)物一般有多種。2CH4能發(fā)生的氧化反響就是燃燒，但其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不能與強(qiáng)氧化劑如酸性KMnO4溶液反響，也不能與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反響。3以下表達(dá)中錯(cuò)誤的選項(xiàng)是A點(diǎn)燃甲烷不一定會(huì)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(diǎn)燃甲烷前不必進(jìn)展驗(yàn)純答案D解析甲烷與氧氣混合到達(dá)一定比例范圍時(shí)，點(diǎn)燃會(huì)發(fā)生爆炸，因此，甲烷點(diǎn)燃前要進(jìn)展驗(yàn)純。4在光照條件下，將等物質(zhì)的量的甲烷和氯氣充分反響，所得產(chǎn)物中物質(zhì)的量最多的是ACH3Cl BCH2

8、Cl2CCHCl3 DHCl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響，會(huì)發(fā)生取代反響，由于取代反響是逐步進(jìn)展的，每一步在產(chǎn)生氯代烴的同時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生HCl，所以在所得產(chǎn)物中物質(zhì)的量最多的是HCl。1以下說(shuō)法不正確的選項(xiàng)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(duì)稱的正四面體構(gòu)造，四個(gè)CH鍵強(qiáng)度一樣D甲烷不與任何物質(zhì)反響答案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響，但在一定條件下能與氧氣、鹵素單質(zhì)等發(fā)生反響。2正四面體形分子E和直線形分子 G 反響，生成四面體形分子 L 和直線形分子 M組成 E 分

9、子的元素原子序數(shù)小于10，組成 G 分子的元素為第3周期的元素。如以下圖所示，那么以下判斷中正確的選項(xiàng)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枯燥的 G 能漂白有色物質(zhì)D上述反響的類型是取代反響答案D解析此題實(shí)為用圖像考察甲烷與氯氣的反響。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，枯燥的氯氣不能漂白有色物質(zhì)。3為驗(yàn)證甲烷分子中含有碳、氫兩種元素，可將其燃燒產(chǎn)物通過(guò)濃硫酸澄清石灰水無(wú)水硫酸銅。正確的順序是A BC D答案D解析要證明CH4中含有碳、氫兩種元素，可通過(guò)證明CO2和H2O的存在來(lái)證明，可選擇和；但應(yīng)注意檢驗(yàn)的先后順序

10、，即先證明水后證明CO2。4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)所替代的反響叫取代反響。以下化學(xué)反響中不屬于取代反響的是ACH2Cl2Br2CHBrCl2HBrBCH3OHHClCH3ClH2OC2Na2H2O=2NaOHH2DCH3CH2BrH2OCH3CH2OHHBr答案C解析取代反響是指有機(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)所替代的反響。C項(xiàng)中的反響為置換反響，不是有機(jī)反響，更不是取代反響。5將含O2和CH4的混合氣體充入有23.4 g Na2O2的密閉容器中，電火花點(diǎn)燃，反響完畢后，容器內(nèi)于150 時(shí)壓強(qiáng)約為0，將殘留物溶于水，無(wú)氣體逸出。1原混合氣體中O2和CH

11、4體積比為_(kāi)。2殘留固體成分為_(kāi)。答案1122Na2CO3和NaOH解析1甲烷燃燒生成水和二氧化碳，過(guò)氧化鈉與二氧化碳反響生成碳酸鈉和氧氣，該反響為2Na2O22CO2=2Na2CO3O2，過(guò)氧化鈉與水反響生成氫氧化鈉和氧氣的化學(xué)反響為2Na2O22H2O=4NaOHO2，依題意，容器內(nèi)于150 時(shí)壓強(qiáng)約為0，將殘留物溶于水，無(wú)氣體逸出，這說(shuō)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(gè)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?dú)埩粑锸翘妓徕c和氫氧化鈉的混合物。 根

12、底過(guò)關(guān)題組一甲烷的分子組成與構(gòu)造1以下關(guān)于甲烷的說(shuō)法中錯(cuò)誤的選項(xiàng)是A甲烷分子是由極性鍵構(gòu)成的分子B甲烷分子具有正四面體構(gòu)造C甲烷分子中四個(gè)CH鍵是完全等價(jià)的鍵D甲烷分子中具有非極性鍵答案D2以下圖是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型圖，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是ACH4、CCl4和CH3Cl都是正四面體構(gòu)造BCH4、CCl4都是正四面體構(gòu)造CCH4和CCl4中的化學(xué)鍵均為非極性鍵DCH4、CCl4的構(gòu)造一樣，性質(zhì)也一樣答案B解析CCl4的分子構(gòu)造同CH4相似，為正四面體構(gòu)造，CH3Cl中的CH和CCl鍵不同，不是正四面體構(gòu)造，而是四面體構(gòu)造。題組二甲烷的性質(zhì)及應(yīng)用3在光照條件下，以下物質(zhì)中能

13、與甲烷反響的是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)生取代反響，所以答案選B。4在一定的溫度、壓強(qiáng)下，向100 mL CH4和Ar的混合氣體中通入400 mL O2，點(diǎn)燃使其完全反響，最后在一樣條件下得到枯燥氣體460 mL，那么反響前混合氣體中CH4和Ar的物質(zhì)的量之比為A14 B13C12 D11答案A解析Ar是稀有氣體，不參與反響，反響前后氣體的體積變化由CH4燃燒生成的水引起。設(shè)混合氣體中CH4的體積為x。CH42O2CO22H2OV減小1 mL2 mL 1 mL 2 mLx 100 mL400 mL460 mL40 mLx20 mL

14、Ar的體積為100 mL20 mL80 mL，CH4與Ar的體積之比為14，一樣條件下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比，即nCH4nAr14。5公元前一世紀(jì)，我國(guó)已使用天然氣，天然氣的主要成分為甲烷。以下關(guān)于甲烷的表達(dá)中，錯(cuò)誤的選項(xiàng)是A通常情況下，甲烷跟強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、 強(qiáng)氧化劑不起反響B(tài)甲烷化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不能被任何氧化劑氧化C甲烷跟氯氣反響無(wú)論生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3還是CCl4，都屬于取代反響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)氧化劑反響，而不是不能被任何氧化劑氧化，A正確、B錯(cuò)誤；CH4在光照條件下與Cl2發(fā)生取代反響

15、，生成4種有機(jī)產(chǎn)物，它們是CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，且均難溶于水，故C、D均正確。6有一種無(wú)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)展了以下實(shí)驗(yàn)：將此混合氣體通過(guò)濃硫酸，氣體總體積根本不變；再通過(guò)過(guò)量的澄清石灰水，未見(jiàn)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(wú)水硫酸銅變色。原混合氣體含有ACO和HCl BCH4和NH3CCH4和HCl DH2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。7一定量的CH4燃燒后得到的產(chǎn)物是CO、CO2、H2Og，此混合物的質(zhì)

16、量為49.6 g，當(dāng)其緩緩?fù)ㄟ^(guò)足量的無(wú)水CaCl2時(shí)氣體質(zhì)量減少25.2 g，那么混合氣中CO的質(zhì)量為A24.4 g B13.2 gC12.5 g D11.2 g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2xy，即可得：44 g·mol1·y28 g·mol1·x2xy×18 g·mol149.6 g,2xy×18 g·mol125.2 g。那么解得x0.4 mol，y0.3 mol，mCO0.4 mol×2

17、8 g·mol111.2 g。題組三取代反響8以下反響屬于取代反響的是AC2H43O22CO22H2OBZnCuSO4=ZnSO4CuCNaClAgNO3=AgClNaNO3DCH2Cl2Cl2CHCl3HCl答案D解析取代反響是有機(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)所替代的反響。A項(xiàng)，C2H4的燃燒不是取代反響；B項(xiàng)為置換反響；C項(xiàng)為復(fù)分解反響；D項(xiàng)，Cl原子取代了CH2Cl2中的一個(gè)H原子，故屬于取代反響。9如下圖，集氣瓶?jī)?nèi)充滿某混合氣體，置于光亮處，將滴管內(nèi)的水?dāng)D入集氣瓶后，燒杯中的水會(huì)進(jìn)入集氣瓶，集氣瓶?jī)?nèi)的氣體可能是CO、O2Cl2、CH4NO2、O2N2、H2A

18、B C D答案D解析此題化學(xué)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生倒吸的原理：加水后集氣瓶中氣壓減少，在外界大氣壓作用下，燒杯中的水被壓入集氣瓶。中CO與O2在光亮條件下不反響，加水不會(huì)導(dǎo)致氣壓變化；中Cl2與CH4在光照下反響生成HCl，加水后HCl迅速溶于水導(dǎo)致氣壓減小，產(chǎn)生倒吸；中加水后發(fā)生反響4NO2O22H2O=4HNO3，導(dǎo)致氣壓減小，產(chǎn)生倒吸；中N2與H2在光照下不反響，加水也不會(huì)使氣壓減小。10在光照條件下，將1 mol CH4與Cl2反響，得到等物質(zhì)的量的4種取代物，那么消耗Cl2物質(zhì)的量為A1 mol B2 molC2.5 mol D10 mol答案C解析由于CH4Cl2CH3ClHCl、CH42Cl

19、2CH2Cl22HCl、CH43Cl2CHCl33HCl、CH44Cl2CCl44HCl。1 mol CH4生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4各為0.25 mol，那么消耗Cl2為0.250.25×20.25×30.25×4mol2.5 mol。才能提升11如下圖，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響一段時(shí)間。1假設(shè)甲烷與氯氣反響充分，且只產(chǎn)生一種有機(jī)物，請(qǐng)寫出化學(xué)方程式：_。2假設(shè)題目中甲烷與氯氣體積之比為11，那么得

20、到的產(chǎn)物為_(kāi)填字母，下同。ACH3ClHCl BCCl4HClCCH3ClCH2Cl2DCH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HCl3經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)的反響后，U形管右端的水柱變化是_。A升高 B降低C不變 D無(wú)法確定答案1CH44Cl2CCl44HCl2D3B解析1因Cl2足量，假設(shè)充分反響，那么CH4中的四個(gè)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響，是四步反響同時(shí)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)生取代反響生成油狀液滴，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。12如以下

21、圖是某同學(xué)利用日常用品注射器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置。甲中注入10 mL CH4，同溫同壓下乙中注入50 mL Cl2，將乙中氣體推入甲中，用日光照射一段時(shí)間，氣體在甲中反響。1以下是某同學(xué)預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：氣體最終變?yōu)榧t色；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，甲中活塞向內(nèi)挪動(dòng)；甲中內(nèi)壁有油珠；產(chǎn)生火花。其中正確的選項(xiàng)是_。2甲管中發(fā)生的化學(xué)反響類型為_(kāi)。3反響后，甲中剩余氣體能用以下試劑吸收的是_。A水 B氫氧化鈉溶液C硝酸銀溶液 D飽和食鹽水4反響后，假設(shè)將甲中的物質(zhì)推入盛有適量AgNO3溶液的小試管中會(huì)觀察到_。假設(shè)再向其中滴入幾滴石蕊溶液，又觀察到_。答案12取代反響3B4液體分為兩層，產(chǎn)生白色沉淀溶液先變紅后褪色解析

22、在光照下，甲烷與氯氣發(fā)生連鎖反響：CH4Cl2CH3ClHCl，CH3ClCl2CH2Cl2HCl，CH2Cl2Cl2CHCl3HCl，CHCl3Cl2CCl4HCl。1理論上，甲烷與氯氣體積比為14時(shí)二者恰好完全反響，而甲中氯氣與甲烷體積比為5141，說(shuō)明氯氣過(guò)量，最終氣體中仍有氯氣。反響進(jìn)展過(guò)程中不會(huì)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)挪動(dòng)。2甲烷分子中的四個(gè)氫原子可被氯原子逐一取代，故甲中發(fā)生的是取代反響。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(huì)與AgNO3反響生成AgCl白色沉淀，同時(shí)因CH

23、2Cl2、CHCl3、CCl4難溶于水而看到液體分為兩層，因Cl2有剩余，假設(shè)參加幾滴石蕊溶液，溶液會(huì)先變紅后褪色。13如下圖，某氣體X可能由H2、CO、CH4中的一種或幾種組成，將X氣體燃燒后生成的氣體通過(guò)A、B兩個(gè)洗氣瓶。試答復(fù)以下問(wèn)題：1假設(shè)A洗氣瓶的質(zhì)量增加，B洗氣瓶的質(zhì)量不變，那么氣體X是_。2假設(shè)A洗氣瓶的質(zhì)量不變，B洗氣瓶的質(zhì)量增加，那么氣體X是_。3假設(shè)A、B兩個(gè)洗氣瓶的質(zhì)量都增加，那么X氣體可能是完成下表，可不填滿，也可補(bǔ)充：答案1H22CO3CH4H2、COH2、CH4CO、CH4H2、CO、CH4解析此題主要考察根據(jù)洗氣瓶中溶液質(zhì)量的變化來(lái)確定X氣體的成分。2H2O22H2O,2COO22CO2，CH42O2CO22H2O由濃H2SO4吸收水，石灰水吸收CO2，得：1假設(shè)