- 有机化合物
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某研究小组为了探究甲烷和氯气反应的情况，设计了几个实验．
请填写下列空白：
【实验一】用如图所示装置，排水法收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照后观察到量筒内形成一段水柱，认为有氯化氢生成．
（1）该反应的化学方程式为______；（只写第一步）
（2）水槽中盛放的液体最好为______；（填标号）
A．水B．饱和石灰水C．饱和食盐水D．饱和NaHCO3溶液
【实验二】用排蒸馏水法收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照反应后，滴加AgNO3溶液，看到有白色沉淀生成，认为有氯化氢生成．
（3）该实验设计的错误之处______；
【实验三】
步骤一：收集半试管氯气，加入10mL蒸馏水，充分振荡，采用DIS系统的pH传感器测溶液的pH（下同）．测得pH=3.26．
步骤二：收集一试管甲烷和氯气的混合气体（各占50%），在40W的日光灯下光照6min后，加入10mL蒸馏水，充分振荡，测得pH=1.00．
（4）判断该反应中有氯化氢生成的依据是______；
（5）假设氯气完全参与反应，且不考虑氯气溶解于水．往反应后的溶液中加水稀释到100.00mL，取20.00mL稀释液，加入10.00mL浓度为0.01mol•L-1的AgNO3溶液恰好完全反应，则试管中原有氯气在标准状况下的体积为______mL．
正确答案
（1）甲烷与氯气在光照下发生取代反应，甲烷分子中的氢原子被氯气分子中的氯原子取代，生成一氯甲烷和氯化氢，
故答案为：CH4+Cl2
（2）Cl2+H2O⇌H++Cl-+HClO，氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度较小，所以防止氯气和水反应，水槽中盛放的液体最好为饱和食盐水，
故答案为：C；
（3）氯水中存在化学平衡：Cl2+H2O⇌H++Cl-+HClO；次氯酸是弱电解质，溶液中存在三种分子：Cl2、HClO、H2O；四种离子：H+、Cl-、ClO-、OH-（少量），所以当氯水中加入AgNO3溶液时会发生Ag++Cl-=AgCl↓产生白色沉淀，
故答案为：氯水中加入AgNO3溶液也会产生白色沉淀；
（4）步骤一：氯气溶于水后，Cl2+H2O⇌H++Cl-+HClO生成盐酸，其pH为3.26，步骤二：pH=1.00，比3.26小，说明除了氯气溶于水生成盐酸外还有别的反应产生HCl，
故答案为：步骤二测得的pH值比步骤一测得的pH值低；
（5）取20.00mL稀释液，加入10.00mL浓度为0.01mol•L-1的AgNO3溶液恰好完全反应，参加反应的银离子的物质的量为1×10-4mol，根据方程式 Ag++Cl-=AgCl↓则100.00mL溶液中含氯离子5×10-4mol，根据甲烷和氯气反应的原理，每1mol氯气参加反应生成1mol氯化氢，则试管中原有氯气为5×10-4mol，在标准状况下的体积为5×10-4mol×22.4L/mol═1.12×10-2L=11.2mL，故答案为：11.2．
利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组通过在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：
根据设计要求回答：
(1)B装置有三种功能：①控制气流速度；②均匀混合气体；③________。
(2)设V(Cl2)/V(CH4)＝x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应________。
(3)D装置的石棉中均匀混有KI粉末，其作用是_____________________________________。
(4)E装置的作用是___________________(填编号)。
(5)在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出置换出黑色小颗粒的化学方程式________________________________。
(6)E装置除生成盐酸外，还含有有机物，从E中分离出有机物的最佳方法为________。该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，其尾气主要成分为________(填编号)。
a．CH4 b．CH3Cl c．CH2Cl2 d．CHCl3 e．CCl4
正确答案
(1)干燥混合气体 (2)大于或等于4
(3)吸收过量的氯气 (4)CD
(5)CH4＋2Cl2
(6)分液 ab
(1)B装置的三个作用为：①控制气流速度从而达到合适的反应比例；②均匀混合气体，便于后续实验；③干燥混合气体。
(2)当反应：CH4＋4Cl2
(3)KI能吸收多余的Cl2，反应的化学方程式为Cl2＋2KI=2KCl＋I2。
(4)E装置既吸收反应生成的HCl气体，同时还防止倒吸。
(5)据信息知黑色小颗粒应为碳粉，根据原子守恒应为：
CH4＋2Cl2
(6)分离难溶于水的油状液体可用分液法。
某课外活动小组利用如图所示装置探究甲烷与氯气的反应。根据题意，回答下列问题：
(1)CH4与Cl2发生反应的条件是________；若用日光直射，可能会引起_______________________________。
(2)实验中可观察的实验现象有：量筒内壁出现油状液滴，饱和食盐水中有少量固体析出，__________，____________________等。
(3)实验中生成的油状液滴的化学式为________，其中________是工业上重要的溶剂。
(4)用饱和食盐水而不用水的原因是____________________________________
正确答案
(1)光照(或光亮处) 爆炸 (2)量筒内黄绿色气体颜色变浅 量筒内液面上升 (3)CH2Cl2、CHCl3、CCl4 CHCl3、CCl4 (4)降低Cl2在水中溶解度，抑制Cl2和水的反应
CH4和Cl2光照反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl等物质，随着反应进行，Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失。又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下是无色油状液体，故量筒内壁上有油滴。因生成的HCl易溶于水，量筒内的压强减小；量筒内液面上升。HCl溶于水后，溶液中Cl－浓度增大，使NaCl固体析出。
（10分）某烷烃的相对分子质量为128，其分子式为 。
请根据下面给出的有关信息分析该烷烃的分子结构：
（1）从烷烃的结构看，该烷烃不能由任何一种烯烃与H2加成反应而得到，则该烷烃的结
构简式为 。
（2）若该烷烃可以由一种烯烃与H2加成而得到，则符合这一要求的烷烃可以有三种不同的结构，它们的结构简式分别 、 、 。
正确答案
C9H20
A: (CH3)3C-CH2-C(CH3)3
B1: (CH3)3C-C(CH3)2-CH2-CH3 B2: (CH3)2CH-C(CH3)2-CH(CH3)2 B3: C(CH2CH3)4
考查有机物分子式的判断。根据烷烃的通式CnH2n＋2可知，14n＋2＝128，解得n＝9，所以分子式为C9H20。
（1）烯烃加氢得到烷烃，那么反过来，烷烃分子中相邻碳原子水个去掉1个氢原子，则在这2个碳原子中间就可以形成碳碳双键，生成烯烃。烷烃不能由任何一种烯烃与H2加成反应而得到，说明该烷烃分子中任何2个相邻的碳原子上，都至少有1个碳原子没有氢原子，所以气结构简式为(CH3)3C-CH2-C(CH3)3。
（2）若该烷烃可以由一种烯烃与H2加成而得到，说明烷烃分子中只有2个相邻碳原子上含有氢原子，所以可能的结构是(CH3)3C-C(CH3)2-CH2-CH3、(CH3)2CH-C(CH3)2-CH(CH3)2、C(CH2CH3)4。
化学式为C8Hn的烷烃，m值等于 ；CnH22的烷烃，n值等于 ；相对分子质量为212的烷烃的分子式为 。
正确答案
（6分） 18 ； 10 ；C15H32。
试题分析：根据烷烃的通式CnH2n+2可知，当n＝8时，氢原子的个数是18个；当氢原子是22个，所以碳原子个数是10个；相对分子质量为212的烷烃中碳原子的个数是（212-2）÷14＝15，所以该烃分子的化学式是C15H32。
点评：该题是基础性试题的考查，主要是考查学生灵活运用烷烃通式解决实际问题的能力，有利于培养学生的逻辑推理能力，提高学生的应试能力。
(1)苯、四氯化碳、乙醇都是常见的有机溶剂。能与水互溶的是 ;难溶于水,且密度比水小的是 。
(2)一瓶无色气体,可能含有CH4和CH2
①由上述实验现象推断出该混合气体中一定含有CH4,你认为是否正确,说明理由。
____________________________________
②上述实验过程中可能涉及的反应类型有:_____________
正确答案
(1)乙醇(1分) 苯(1分)
(2)①不正确。(1分)因为CH2=CH2也可以与Cl2发生加成反应,从而使黄绿色逐渐褪去,生成的CH2Cl—CH2Cl也是油状液体(2分)
②取代反应和加成反应(1分)
熟悉常见有机溶剂的应用,掌握简单烃的化学、物理性质,并能推知其同系物的性质。
烷烃在足量的氧气中燃烧，生成x mol二氧化碳和 1 mol水，则x的取值范围是____；苯的同系物在足量的氧气中燃烧，生成y mol二氧化碳和1 mol水，则y的取值范围是____。
正确答案
设烷烃分子式为CnH2n＋2
设苯的同系物通式：CnH2n-6
所以1＜y≤2
写出相应烷烃的分子式:
(1)同温同压下蒸气的密度是H236倍的烷烃 。
(2)分子中含有200个氢原子的烷烃 。
(3)1 L烷烃的蒸气完全燃烧时,生成同温同压下的水蒸气15 L 。
(4)分子中含有22个共价键的烷烃 。
正确答案
(1)C5H12
(2)C99H200
(3)C14H30
(4)C7H16
(1)同温同压下气体密度与摩尔质量成正比,则该烃是相对分子质量为72的烷烃,即为C5H12。 (2)CnH2n+2中2n+2=200,n=99。(3)1个该烷烃分子中含30个H,即C14H30。(4)烷烃分子中含有共价键数为:(碳原子数-1)+氢原子数,所以含有22个共价键的烷烃的分子式为C7H16。
如图所示，将氯气和甲烷的混合气体（体积比为4∶1）装置放在光亮处，可看到的现象有 。
正确答案
试管内的黄绿色气体逐渐消失，试管内液面上升，试管内壁有油状物生成。（若答出有NaCl晶体析出更好）
试题分析：氯气和甲烷的混合气体在光照条件下发生取代反应，化学方程式为CH4 + Cl2
已知某种气态化石燃料含有碳和氢两种元素。为了
测定这种燃料中碳和氢两种元素的质量分数，可将气态燃料放入足量的氧气中燃烧，并使产生的气体全部通入如图所示的装置，得到如表所列的实验数据（U形管中干燥剂只吸收水蒸气且假设产生的气体完全被吸收）。
根据实验数据求：
（1）实验完毕后，生成物中水的质量为________g。假设广口瓶里生成一种正盐，其质量为________g。
（2）生成的水中氢元素的质量为________g。
（3）生成的CO2中碳元素的质量为________g。
（4）气态化石燃料中碳元素与氢元素的质量比为________。
正确答案
（1）1.8 5 （2）0.2 （3）0.6 （4）3∶1
（1）生成水的质量为102.9g－101.1g＝1.8g，生成正盐即CaCO3的质量为
（2）生成的水中氢元素的质量为
（3）生成的CO2中碳元素的质量为
（4）碳、氢元素质量比为0.6∶0.2＝3∶1。
（10分）某研究小组为了探究甲烷和氯气反应的情况，设计了几个实验。请填写下列空白：
[实验一]用如图所示装置，排水法收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照后观察到量筒内形成一段水柱，认为有氯化氢生成。
（1）该反应的化学方程式为 ；（只写第二步）
（2）水槽中盛放的液体最好为 ；（填标号）
[实验二]用排蒸馏水法收集一试管甲烷和氯气的混合气体，光照反应后，
滴加AgNO3溶液，看到有白色沉淀生成，认为有氯化氢生成。
（3）该实验设计的错误之处 ；
[实验三]
步骤一：收集半试管氯气，加入10 mL 蒸馏水，充分振荡，采用DIS系统的pH传感器测溶液的pH（下同）。测得pH = 3.26。
步骤二：收集一试管甲烷和氯气的混合气体（各占50%），在40 W的日光灯下光照6 min后，加入10 mL 蒸馏水，充分振荡，测得pH = 1.00。
（4）判断该反应中有氯化氢生成的依据是 ；
（5）假设氯气完全参与反应，且不考虑氯气溶解于水。往反应后的溶液中加水稀释到100.00 mL，取20.00 mL稀释液，加入10.00 mL浓度为0.01 mol·L-1的AgNO3溶液恰好完全反应，则试管中原有氯气在标准状况下的体积为 mL；
正确答案
（1）CH3Cl+Cl2
（2）C （3）氯水中加硝酸银也会产生沉淀；
（4）步骤二测的pH比步骤一测的pH小；
（5）11.2
（1）在光照的条件下，氯气和甲烷发生取代反应，方程式为CH3Cl+Cl2
（2）为防止氯气的溶解而减少，水槽中盛放的液体最好为饱和食盐水，BD都能和氯气反应，所以答案选C。
（3）由于氯气溶于水产生的氯水也能和硝酸银反应产生沉淀，所以设计是错误的。
（4）由于在取代反应还生成氯化氢，氯化氢溶于水即得到盐酸，所以pH更小。
（5）消耗硝酸银是0.0001mol，所以100.00ml溶液中氯离子的物质的量是0.0005mol，则参加反应的氯气是0.0005mol，所以标准状况下的体积是0.0005mol×22.4L/mol＝0.0112L＝11.2ml。
把1体积CH4和4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AgNO3溶液的水槽中，放在光亮处，片刻后发现试管壁上有油状液滴出现，该油状液滴可能是________，水槽中还观察到________，原因是________(用离子方程式解释)。若向水槽中再滴入几滴紫色石蕊试液又观察到________，原因是___________________________。
正确答案
CH2Cl2、CHCl3、CCl4 有白色沉淀产生 Ag＋＋Cl－=AgCl↓ 溶液变红 因反应生成HCl溶于水使溶液显酸性
CH4和Cl2光照生成CH3Cl(气体)、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，随着反应进行，Cl2不断消耗，黄绿色逐渐消失，又由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为无色液体，Cl2易溶于有机溶剂，使试管壁上有黄色油滴；因生成的HCl易溶于水，反应后，试管内气体压强减小，水位在试管内上升，HCl溶于水后，与AgNO3反应生成AgCl白色沉淀，同时溶液中溶质为HCl，故加入紫色石蕊试液后溶液变红。
（8分）今年3月16日，我国发布首部页岩气五年规划――《页岩气发展规划(2011~2015年)》，规划提出，到2015年，页岩气产量将达到65亿立方米/年；到2020年，年产量要达到600亿~1000亿立方米。（1）页岩气是从页岩层中开采出来的天然气,其主要成分是甲烷，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，请写出丁烷所有同分异构体的结构简式 、 。
（2）页岩气的发展将重塑全球的乙烯市场，使乙烯价格大幅下降，试写出乙烯使溴水褪色的化学方程式 ，该反应的类型是 反应。
正确答案
(共8分，每空2分)（1）CH3CH2CH2CH3、(CH3)2CHCH3
（2）CH2＝CH2＋Br2
（1）分子式相同，而结构不同的化合物互为同分异构体，所以丁烷的同分异构体是CH3CH2CH2CH3、(CH3)2CHCH3。
（2）乙烯分子中含有碳碳双键，能和溴水发生加成反应，方程式为CH2＝CH2＋Br2
（8分）有机化合物的结构简式可进一步简化，如：
写出下列物质的分子式：
正确答案
①C6H14 ②C5H10 ③C7H12 ④C10H8
将碳、氢元素符号省略，只表示分子中键的连接情况，每个拐点或终点均表示有1个碳原子，称为键线式。所以根据键线式的结构特点可知，①～④的分子式分别C6H14、C5H10、C7H12、C10H8。
（10分）天然气是一种洁净环保的优质能源，天然气主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数。
（1）甲烷分子具有____________结构，其结构式是___________。
（2）天然气是一种高效、低耗、污染小的清洁能源，已知1mol甲烷完全燃烧生成CO2气体和水蒸气放出802KJ热量，则在相同条件下，1mol甲烷完全燃烧生成CO2气体和液态水，放出的热量________802KJ（填“＞”、“＝”或“＜”）。
（3）通常情况下，甲烷比较稳定，但在特定条件下，甲烷也会发生某些反应，请写出甲烷在光照条件下与氯气反应生成一氯甲烷的化学方程式___________________该反应属于______________（填反应类型）。
（4）在一定条件下甲烷也可用于燃料电池。若以KOH溶液为电解质溶液，甲烷燃料电池正极的电极反应式为O2+4e－＋2H2O＝4OH-，则负极电极反应式为___________________；该电池工作过程中，溶液中OH-移向_____极。
正确答案
（1）正四面体（1分），
（3）
（4）CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O（2分）,负（2分）
考查甲烷的结构及性质。
（1）甲烷是由极性键形成的共价化合物，是正四面体形结构，其结构式为
（2）由于气态水的能量高于液态水的，所以甲烷燃烧生成液态水放出的能量高。
（3）甲烷属于烷烃，在光照的条件下和氯气发生取代反应，生成一氯甲烷的方程式为
（4）在原电池中较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极上，所以溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。正极得到电子，发生还原反应。甲烷在反应中失去电子，因此在负极通入。总反应式减去正极反应式即得到负极反应式，属于负极电极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。
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