- 最简单的有机化合物——甲烷
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某同学把1体积的CH4和4体积的C12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中，放在光亮处，片刻后发现试管中的现象为：
①气体的颜色______
②试管中的液面______，
③试管中有______和______出现，
④水槽中还观察到______．
此反应中产物一共有______种，其中物质的量最多的是______．
写出上述反应的有关化学反应方程式：______．
正确答案
解：CH4和Cl2光照发生反应：CH4+Cl2
①生成的产物均无色，所以试管中气体颜色会变浅；
②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；
③因生成的HCl易溶于水，反应后，试管内上方有酸雾，由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为无色液体，使试管壁上有油状液滴；
④氯化氢溶于水后溶液中氯离子浓度增大，导致氯化钠固体析出，此反应中产物一共有5种，由CH4和氯气发生取代反应的化学方程式可以知道，每生成1mol卤代烃，可生成1molHCl，由于CH4和Cl2发生的每一步取代反应中都有HCl生成，其中物质的量最多的是HCl，
故答案为：变浅；上升；酸雾；油状液滴；有白色晶体析出；5；HCl；CH4+Cl2
解析
解：CH4和Cl2光照发生反应：CH4+Cl2
①生成的产物均无色，所以试管中气体颜色会变浅；
②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；
③因生成的HCl易溶于水，反应后，试管内上方有酸雾，由于生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4常温下均为无色液体，使试管壁上有油状液滴；
④氯化氢溶于水后溶液中氯离子浓度增大，导致氯化钠固体析出，此反应中产物一共有5种，由CH4和氯气发生取代反应的化学方程式可以知道，每生成1mol卤代烃，可生成1molHCl，由于CH4和Cl2发生的每一步取代反应中都有HCl生成，其中物质的量最多的是HCl，
故答案为：变浅；上升；酸雾；油状液滴；有白色晶体析出；5；HCl；CH4+Cl2
（1）若将装有A的试管口用橡胶塞塞住，然后在光亮的地方放置一段时间后，试管中可能存在的气体有______（填数字序号，下同），气体中物质的量最多的是______
①HCl②Cl2 ③CH4 ④CH3Cl ⑤CH2Cl2 ⑥CHCl3 ⑦CCl4
（2）将A充入一个容积为 25mL的量筒中，将量筒倒置在盛有饱和食盐水的水槽中，用日光照射，可观察到的现象是______；
（3）将A气体充入的U形管左端，水平部分有一段气柱，其他两端的液体为饱和食盐水且饱和食盐水与气柱不反应也不溶解，使用稍暗的光线使反应缓慢进行，中间气柱的长度将______（填字母序号）（假设中间气柱未移出U形管水平部分）
A 变大 B 变小 C 不变 D 难以确定．
正确答案
①②③④
①
气体颜色变浅、液面上升、有油状液滴出现、有白色晶体析出
A
解析
解：（1）烷和氯气在光照条件下反应，生成物有：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl，剩余的气体有Cl2、CH4，但CH2Cl2、CHCl3、CCl4为液体，所以容器中可能存在的气体有①HCl②Cl2 ③CH4 ④CH3Cl；由于每步反应中都有氯化氢生成，则物质的量最大的为①HCl，
故答案为：①②③④；①；
（2）甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应生成CH3Cl（气体）、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl，随着氯气浓度的变小气体颜色变浅，反应生成的氯化氢极易溶于水，液面上升，反应后有油状液滴（二氯甲烷、三氯甲烷与四氯甲烷）出现；氯化氢溶于水后溶液中氯离子浓度增大，导致氯化钠固体析出，
故答案为：气体颜色变浅、液面上升、有油状液滴出现、有白色晶体析出；
（3）CH4和Cl2在稍暗的光线下缓慢反应生成了液态的CH2Cl2、CHCl3和CCl4，使左侧气体总体积减小，压强减小，则右侧液面下降，中间气柱的压强减小，由于气体的物质的量不变，根据PV=nRT可知，V应增大，则长度变大，
故答案为：A．
（2015春•宿州期末）在集气瓶中的甲烷和氯气的混合气体光照一段时间后，移开玻璃片，在实验的过程中可能观察到的现象是（ ）
正确答案
解析
解：A．随反应进行，氯气的浓度减小，试管中气体的黄绿色变浅，故A错误；
B．反应过程中试管中无火星出现，故B错误；
C．甲烷与氯气在光照的条件下，甲烷中H原子被氯原子取代生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、三氯甲烷，其中只有一氯甲烷是气体，其余三种为液体，试管壁上有油状液滴（二氯甲烷、三氯甲烷与四氯甲烷）出现，故C正确；
D．反应有氯化氢生成，氯化氢极易溶于水，故试管口有白雾，故D错误；
故选C．
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图所示：
根据要求填空：
（1）写出A装置所发生的化学方程式______
（2）B装置有三种功能：①控制气流速度；②均匀混合气体；③______．
（3）设V（Cl2）/V（CH4）=x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x值应______．
（4）E装置的作用是______（填编号）．
A．收集气体 B．吸收氯气 C．防止倒吸 D．吸收氯化氢
（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中分离出盐酸的最佳方法为______．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．Cl2 b．CH3Cl c．CH2Cl2 d．CHCl3 e．CCl4．
正确答案
解：（1）MnO2能将HCl（浓）氧化为MnCl2和Cl2，A装置所发生的化学方程式：MnO2+4HCl（浓）
故答案为：MnO2+4HCl（浓）
（2）生成的氯气中含有水，B装置除具有控制气流速度、均匀混合气体之外，因浓硫酸具有吸水性，还具有干燥作用，
故答案为：干燥混合气体；
（3）氯气与甲烷发生取代反应，反应特点是1mol氯气可取代1molH原子生成1molHCl，设
（4）装置中最后剩余的氯化氢气体需要吸收不能排放到空气中，氯化氢易溶于水需要防止倒吸，E装置在吸收氯化氢时可防止倒吸，
故答案为：CD；
（5）CH4与Cl2在强光照射下生成的黑色小颗粒为炭黑，所以在强光照射下可发生CH4+2Cl2
（6）甲烷可以和氯气发生取代反应，产物为氯化氢和一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；其中一氯甲烷为气态，反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体，E装置中除了有盐酸生成外，还含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水，能分层，可用分液分开；
一氯甲烷是气体，还可能有过量的甲烷，所以尾气的主要成分是可能存在剩余的甲烷和生成的一氯甲烷等气体，应进行尾气处理，
故答案为：分液；ab．
解析
解：（1）MnO2能将HCl（浓）氧化为MnCl2和Cl2，A装置所发生的化学方程式：MnO2+4HCl（浓）
故答案为：MnO2+4HCl（浓）
（2）生成的氯气中含有水，B装置除具有控制气流速度、均匀混合气体之外，因浓硫酸具有吸水性，还具有干燥作用，
故答案为：干燥混合气体；
（3）氯气与甲烷发生取代反应，反应特点是1mol氯气可取代1molH原子生成1molHCl，设
（4）装置中最后剩余的氯化氢气体需要吸收不能排放到空气中，氯化氢易溶于水需要防止倒吸，E装置在吸收氯化氢时可防止倒吸，
故答案为：CD；
（5）CH4与Cl2在强光照射下生成的黑色小颗粒为炭黑，所以在强光照射下可发生CH4+2Cl2
（6）甲烷可以和氯气发生取代反应，产物为氯化氢和一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳；其中一氯甲烷为气态，反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体，E装置中除了有盐酸生成外，还含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水，能分层，可用分液分开；
一氯甲烷是气体，还可能有过量的甲烷，所以尾气的主要成分是可能存在剩余的甲烷和生成的一氯甲烷等气体，应进行尾气处理，
故答案为：分液；ab．
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．某化学兴趣小组拟在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如图：
根据要求填空：
（1）实验室制取Cl2的化学反应方程式为：______
（2）写出CH4与Cl2生成一氯代物的化学反应方程式______
（3）B装置有三种功能：①控制气体流速；②将气体混合均匀；③______
（4）D装置中的石棉上吸附着KI饱和溶液及KI粉末，其作用是______
（5）E装置的作用是______（填编号）；
A．收集气体 B．吸收氯气 C．防止倒吸 D．吸收氯化氢
（6）E装置中除了有盐酸生成外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为______．
（7）该装置还有缺陷，原因是没有进行尾气处理，尾气的主要成分是______（填编号）．
A．CH4 B．CH3Cl C．CH2Cl2 D．CHCl3 E．CCl4．
正确答案
解：（1）MnO2能将HCl（浓）氧化为MnCl2和Cl2，故答案为：MnO2+4HCl（浓）
（2）甲烷与氯气反应生成一氯甲烷的方程式为：CH4+Cl2
（3）浓硫酸可以干燥氯气和氯化氢，故答案为：干燥混合气体；
（4）氯气能将碘化钾氧化为碘单质，KI饱和溶液及KI粉末可除去过量的氯气，故答案为：除去过量的氯气；
（5）E装置在吸收氯化氢时可防止倒吸，故选CD；
（6）E装置中除了有盐酸生成外，还含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水，能分层，可用分液分开，故答案为：分液；
（7）反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体，只有一氯甲烷是气体，还可能有过量的甲烷，故选AB．
解析
解：（1）MnO2能将HCl（浓）氧化为MnCl2和Cl2，故答案为：MnO2+4HCl（浓）
（2）甲烷与氯气反应生成一氯甲烷的方程式为：CH4+Cl2
（3）浓硫酸可以干燥氯气和氯化氢，故答案为：干燥混合气体；
（4）氯气能将碘化钾氧化为碘单质，KI饱和溶液及KI粉末可除去过量的氯气，故答案为：除去过量的氯气；
（5）E装置在吸收氯化氢时可防止倒吸，故选CD；
（6）E装置中除了有盐酸生成外，还含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水，能分层，可用分液分开，故答案为：分液；
（7）反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体，只有一氯甲烷是气体，还可能有过量的甲烷，故选AB．
利用甲烷与氯气发生取代反应的副产品生产盐酸的设想在工业上已成为现实．某化学兴趣小组拟在实验室中模拟上述过程，所设计的装置如图所示：
（1）A中制取Cl2反应的化学方程式是______．
（2）D装置中的石棉上吸附着潮湿的KI粉末，其作用是______．
（3）E装置的作用是______（填序号）．
a．收集气体 b．吸收氯气 c．吸收氯化氢
（4）E装置中除了有盐酸生成外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法是______．
（5）将1mol CH4与Cl2发生取代，测得4种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气的物质的量是______．
正确答案
解：甲烷与氯气在光照的条件下发生取代反应生成多种氯代甲烷和氯化氢．A装置是浓盐酸和二氧化锰制取氯气的发生装置，通过B装置，除去氯气中的水蒸气，控制两种气体的流速，使氯气和甲烷混合均匀，C装置是甲烷和氯气发生取代反应的装置，D装置盛有湿润的KI粉末可以用来除去过量的氯气，尾气中含有有毒气体CH3Cl和过量的甲烷，容易污染空气，需要进行尾气处理．
（1）MnO2能将HCl（浓）氧化为MnCl2和Cl2，A中制取Cl2反应的化学方程式MnO2+4HCl（浓）
故答案为：MnO2+4HCl（浓）
（2）湿润的KI粉末可以用来除去过量的氯气，发生反应：2KI+Cl2=2KCl+I2，
故答案为：除去过量的氯气；
（3）由于上述过程中产生的氯气和HCl均易导致大气污染，所以E的作用是吸收尾气，HCl极易溶于水易发生倒吸，所以E还可以防止倒吸，
故答案为：C；
（4）E装置中除了有盐酸生成外，还含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水，能分层，可用分液分开，
故答案为：分液；
（5）1mol甲烷完全与氯气发生取代反应，若生成相同物质的量的四种取代物，所以每种取代物的物质的量是0.25mol，甲烷和氯气的取代反应中，被取代的氢原子的物质的量与氯气的物质的量相等，所以生成0.25mol一氯甲烷需要氯气0.25mol氯气，生成0.25mol二氯甲烷需要氯气0.5mol，生成0.25mol三氯甲烷需要氯气0.75mol氯气，生成0.25mol四氯化碳需要氯气1mol，所以总共消耗氯气的物质的量=0.25mol+0.5mol+0.75mol+1mol=2.5mol，
故答案为：2.5mol；
解析
解：甲烷与氯气在光照的条件下发生取代反应生成多种氯代甲烷和氯化氢．A装置是浓盐酸和二氧化锰制取氯气的发生装置，通过B装置，除去氯气中的水蒸气，控制两种气体的流速，使氯气和甲烷混合均匀，C装置是甲烷和氯气发生取代反应的装置，D装置盛有湿润的KI粉末可以用来除去过量的氯气，尾气中含有有毒气体CH3Cl和过量的甲烷，容易污染空气，需要进行尾气处理．
（1）MnO2能将HCl（浓）氧化为MnCl2和Cl2，A中制取Cl2反应的化学方程式MnO2+4HCl（浓）
故答案为：MnO2+4HCl（浓）
（2）湿润的KI粉末可以用来除去过量的氯气，发生反应：2KI+Cl2=2KCl+I2，
故答案为：除去过量的氯气；
（3）由于上述过程中产生的氯气和HCl均易导致大气污染，所以E的作用是吸收尾气，HCl极易溶于水易发生倒吸，所以E还可以防止倒吸，
故答案为：C；
（4）E装置中除了有盐酸生成外，还含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水，能分层，可用分液分开，
故答案为：分液；
（5）1mol甲烷完全与氯气发生取代反应，若生成相同物质的量的四种取代物，所以每种取代物的物质的量是0.25mol，甲烷和氯气的取代反应中，被取代的氢原子的物质的量与氯气的物质的量相等，所以生成0.25mol一氯甲烷需要氯气0.25mol氯气，生成0.25mol二氯甲烷需要氯气0.5mol，生成0.25mol三氯甲烷需要氯气0.75mol氯气，生成0.25mol四氯化碳需要氯气1mol，所以总共消耗氯气的物质的量=0.25mol+0.5mol+0.75mol+1mol=2.5mol，
故答案为：2.5mol；
甲烷和氯气以物质的量比1：1混合，在光照条件下，得到的有机产物是（ ）
①CH3Cl ②CH2Cl2 ③CHCl3 ④CCl4 ⑤HCl．
正确答案
解析
解：Cl2与CH4发生取代反应，无论按何种体积比混合，都有两种气体接触不均匀的现象，将会发生各步取代反应，不像无机反应那样可由反应物的比例关系确定生成物种类，无机反应易于控制，有机反应则不易控制在某一阶段．因此，各步取代反应的产物都将存在．
故选D．
（2015春•邢台校级月考）若要使2mol CH4完全和Cl2发生取代反应，且生成的四种氯代物的物质的量相同，则所需Cl2的物质的量为（ ）
正确答案
解析
解：2mol甲烷完全与氯气发生取代反应，若生成相同物质的量的四种取代物，所以每种取代物的物质的量是0.5mol，甲烷和氯气的取代反应中，被取代的氢原子的物质的量与氯气的物质的量相等，
所以生成0.5mol一氯甲烷需要氯气0.5mol氯气，
生成0.5mol二氯甲烷需要氯气1mol，
生成0.5mol三氯甲烷需要氯气1.5mol氯气，
生成0.5mol四氯化碳需要氯气2mol，
所以总共消耗氯气的物质的量=0.5mol+1mol+1.5mol+2mol=5mol，
故选A．
在常温下，把一个盛有一定量的甲烷和氯气的密闭玻璃容器放在光亮的地方，两种气体发生反应，下列叙述中不正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．化学变化前后原子的种类不变，故A正确；
B．原子是化学变化中的最小微粒，即化学变化前后原子的种类不变、原子的数目没有增减，故B正确；
C．甲烷与氯气反应是气体的物质的量减小的反应，反应后压强减小，故C错误；
D．甲烷中的氢原子被氯原子取代生成氯代烃，属于取代反应，故D正确．
故选C．
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．某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如图：
根据设计要求回答：
（1）B装置有三种功能：①干燥气体；②______；③______．
（2）设V（Cl2）/V（CH4）=x，若测得通入1molCH4得到四种有机产物物质的量相等，则理论上x值应为______．
（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）．
A．收集气体 B．吸收氯气 C．防止倒吸 D．吸收氯化氢
（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
解：（1）生成的氯气中含有水，因浓硫酸具有吸水性，具有干燥作用，B装置除具有干燥作用之外，具有控制气流速度、均匀混合气体，
故答案为：控制气流速度；均匀混合气体；
（2）1mol甲烷与氯气完全反应生成四种有机产物的物质的量相同，即分别生成了0.25molCH3Cl（气体）、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，根据取代反应特点，每取代1molH原子，需要消耗1mol氯气，则总共消耗氯气的物质的量为：0.25mol+0.25mol×2+0.25mol×3+0.25mol×4=2.5mol，则V（Cl2）/V（CH4）=x=2.5，
故答案为：2.5；
（3）氯气具有氧化性，KI中-1价的碘能被氯气氧化，产物为氯化钾固体和碘单质，所以，D装置的石棉中均匀混有KI粉末，能吸收过量的氯气，
故答案为：吸收过量的氯气；
（4）装置中最后剩余的氯化氢气体需要吸收不能排放到空气中，氯化氢易溶于水需要防止倒吸；
故答案为：CD；
（5）生成的黑色小颗粒为炭黑，甲烷在强光照射下可发生CH4+2Cl2
故答案为：CH4+2Cl2
（6）E装置中除了有盐酸生成外，还含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水，能分层，可用分液分开；反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体，只有一氯甲烷是气体，还可能有过量的甲烷，可能存在剩余的甲烷和生成的一氯甲烷等气体，应进行尾气处理，
故答案为：分液；ab．
解析
解：（1）生成的氯气中含有水，因浓硫酸具有吸水性，具有干燥作用，B装置除具有干燥作用之外，具有控制气流速度、均匀混合气体，
故答案为：控制气流速度；均匀混合气体；
（2）1mol甲烷与氯气完全反应生成四种有机产物的物质的量相同，即分别生成了0.25molCH3Cl（气体）、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，根据取代反应特点，每取代1molH原子，需要消耗1mol氯气，则总共消耗氯气的物质的量为：0.25mol+0.25mol×2+0.25mol×3+0.25mol×4=2.5mol，则V（Cl2）/V（CH4）=x=2.5，
故答案为：2.5；
（3）氯气具有氧化性，KI中-1价的碘能被氯气氧化，产物为氯化钾固体和碘单质，所以，D装置的石棉中均匀混有KI粉末，能吸收过量的氯气，
故答案为：吸收过量的氯气；
（4）装置中最后剩余的氯化氢气体需要吸收不能排放到空气中，氯化氢易溶于水需要防止倒吸；
故答案为：CD；
（5）生成的黑色小颗粒为炭黑，甲烷在强光照射下可发生CH4+2Cl2
故答案为：CH4+2Cl2
（6）E装置中除了有盐酸生成外，还含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水，能分层，可用分液分开；反应生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳均是油状的液体，只有一氯甲烷是气体，还可能有过量的甲烷，可能存在剩余的甲烷和生成的一氯甲烷等气体，应进行尾气处理，
故答案为：分液；ab．
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