- 甲烷的结构与性质
- 共502题
已知碳化铝（Al4C3）与水反应生成氢氧化铝和甲烷．为了探究甲烷性质，某同学设计如图两组实验方案；甲方案探究甲烷与氧化剂反应（如图1所示）；乙方案探究甲烷与氯气反应的条件（如图2所示）．
甲实验现象：溴水无颜色变化，澄清石灰水变浑浊，无水硫酸铜变蓝色．乙实验操作过程：通过排饱和食盐水的方法收集两瓶甲烷与氯气（体积比为1：4）混合气体（Ⅰ、Ⅱ），Ⅱ瓶用预先准备好的黑色纸套套上，Ⅰ瓶放在光亮处（不要放在日光直射的地方，以免引起爆炸）．按图2安装好装置，并加紧弹簧夹a和b．
（1）写出碳化铝与硫酸反应的化学方程式______．
（2）实验甲中浓硫酸的作用是______，集气瓶中收集到的气体主要是______，能否直接排入空气中？______（填“能”或“否”）．
（3）下列对实验甲有关现象与结论的叙述都正确的是______
A．酸性高锰酸钾溶液不褪色，结论是甲烷不能与氧化剂反应
B．硬质试管里黑色粉末无颜色变化，结论是甲烷不与氧化铜反应
C．硬质试管里黑色粉末变红色，推断氧化铜与甲烷反应生成水和二氧化碳
D．甲烷不能与溴水反应，推知甲烷不能与卤素单质反应
（4）写出硬质试管里可能发生的化学方程式______，
（5）过一段时间，打开图2的a、b弹簧夹，Ⅰ、Ⅱ中观察到现象是______．
（6）通过甲、乙实验，可以得出实验结论是______．（任写两条）
正确答案
Al4C3+6H2SO4=2Al2（SO4）3+3CH4↑
干燥CH4
CO2
否
A
2CH4+7CuO
在I瓶中：颜色逐渐变浅，且有油状液体产生，出现白雾，且可以看见水倒吸入I、Ⅱ瓶中
①通常状况下甲烷性质稳定，与强氧化剂、强酸不反应，②但在光照条件下可发生取代反应
解析
解：（1）碳化铝（Al4C3）与水反应生成氢氧化铝和甲烷，碳化铝与硫酸反应可理解为碳化铝（Al4C3）与水反应，产物再和硫酸反应，所以产物为硫酸铝和甲烷，反应方程式为：Al4C3+6H2SO4=2Al2（SO4）3+3CH4↑，
故答案为：Al4C3+6H2SO4=2Al2（SO4）3+3CH4↑；
（2）碳化铝与硫酸反应生成硫酸铝和甲烷，甲方案探究甲烷与氧化剂反应，盛放浓硫酸的装置放置在氧化剂氧化铜之前，所以实验甲中浓硫酸的作用是干燥CH4，甲烷和氧化铜反应，碳元素化合价升高，生成碳的氧化物，产物中主要成分是二氧化碳，可能有一氧化碳生成，所以集气瓶中收集到的气体不能直接排放到空气中，
故答案为：干燥CH4；CO2；否；
（3）A．甲烷不能与强氧化剂反应，若能反应，则酸性高锰酸钾溶液在甲烷的作用下会褪色，现不褪色，结论是通常条件下，甲烷不能与强氧化剂反应，故A正确；
B．甲烷能与氧化铜反应，当少量甲烷参加反应，硬质试管里为大量黑色粉末氧化铜和少量铜的混合物，业可能为氧化亚铜，现象无颜色变化，结论是甲烷不与氧化铜反应时错误的，故B错误；
C．氧化铜与甲烷反应生成水和二氧化碳、一氧化碳，硬质试管里黑色粉末也能变红色，故C错误；
D．甲烷不能与溴水反应，但甲烷能与卤素单质发生取代反应，故D错误；
故选A；
（4）甲烷中碳元素化合价为-4价，甲烷与氧化铜反应，碳元素化合价升高，甲烷与氧化铜物质的量之比2：7，先根据氢守恒确定水前系数，再根据碳、氧守恒得硬质试管里可能发生的化学方程式为：2CH4+7CuO
故答案为：2CH4+7CuO
（5）由于甲烷和氯气在光照条件下发生反应，生成物有CH3Cl（气体）、CH2Cl2（油状液体）、CHCl3（油状液体）、CCl4（油状液体）、HCl（极易溶于水），所以在I、Ⅱ瓶中：颜色逐渐变浅，且有油状液体产生，出现白雾，且可以看见水倒吸入I瓶中，
故答案为：颜色逐渐变浅，且有油状液体产生，出现白雾，且可以看见水倒吸入I、Ⅱ瓶中；
（6）实验甲、乙说明①通常状况下甲烷性质稳定，与强氧化剂、强酸不反应，②但在光照条件下可发生取代反应，
故答案为：①通常状况下甲烷性质稳定，与强氧化剂、强酸不反应，②但在光照条件下可发生取代反应．
如图所示，U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气（体积比为1：4）的混合气体，假定氯气在水中的溶解度可以忽略．将封闭有甲烷和氯气的混合气体的装置放
置在有光的地方，让混合气体缓慢地反应一段时间．
（1）假设甲烷与氯气（体积比为1：4）反应充分，且只产生一种有机物，请写出化学方程式______
（2）经过几个小时的反应后，U形管右端的玻璃管中水柱变化是______（填字母序号）
A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定
（3）试解释U形管右端的玻璃管中水柱变化的原因______．
正确答案
CH4+4Cl2
B
反应过程中气体的物质的量减小，且生成的HCl能够溶解于水中，所以左侧压强减小，故右侧玻璃管中的水柱降低
解析
解：（1）甲烷中的氢原子可以被氯原子取代，甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物即四氯化碳的化学方程式为：CH4+4Cl2
故答案为：CH4+4Cl2
（2）经过几个小时的反应后，消耗氯气，反应中气体的物质的量减少，所以压强减小，且生成的HCl能够溶解于水，U型管右端的玻璃管中水柱降低，
故答案为：B；
（3）由上述化学方程式CH4+4Cl2
故答案为：反应过程中气体的物质的量减小，且生成的HCl能够溶解于水中，所以左侧压强减小，故右侧玻璃管中的水柱降低．
（1）假设甲烷与氯气充分反应，且只产生一种有机物，请写出化学方程式______，此反应属于______
（2）经过几个小时的反应后，U型管右端的玻璃管中水柱变化是______．
（3）甲烷与氯气反应生成一系列有机物中：常用作灭火剂的是（填化学式）______，能有效证明CH4是以碳原子为中心的正四面体结构而非平面正方形结构的是（填化学式）______．
（4）写出同时符合下列条件的甲烷的一种同系物的结构简式______．
A．氢原子数为十二 B．一氯取代物只有一种结构．
正确答案
解：（1）甲烷中的氢原子可以被氯原子取代，甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物即四氯化碳的化学方程式为：CH4+4Cl2
故答案为：CH4+4Cl2
（2）经过几个小时的反应后，消耗氯气，反应中气体的物质的量减少，气体颜色变浅，生成油状液体，所以压强减小，且生成的HCl能够溶解于水，U型管左端液面上升，U型管右端的玻璃管中水柱降低；
故答案为：U型管右端的玻璃管中水柱降低；
（3）在反应生成物中有四种有机物：一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷，常用作灭火剂的是四氯甲烷；CH2Cl2只代表一种物质，可以判断甲烷分子是空间正四面体结构，而不是平面正方形结构；
故答案为：CCl4；CH2Cl2；
（4）A、根据烷烃的通式可知，2n+2=12，n=5，则烷烃为戊烷，有正戊烷、异戊烷、新戊烷三种同分异构体；
B、一氯取代物只有一种结构，说明戊烷只有一种氢原子，该戊烷为新戊烷，结构简式为
故答案为：符合下列条件的甲烷的一种同系物的结构简式
解析
解：（1）甲烷中的氢原子可以被氯原子取代，甲烷与氯气反应充分，且只产生一种有机物即四氯化碳的化学方程式为：CH4+4Cl2
故答案为：CH4+4Cl2
（2）经过几个小时的反应后，消耗氯气，反应中气体的物质的量减少，气体颜色变浅，生成油状液体，所以压强减小，且生成的HCl能够溶解于水，U型管左端液面上升，U型管右端的玻璃管中水柱降低；
故答案为：U型管右端的玻璃管中水柱降低；
（3）在反应生成物中有四种有机物：一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷，常用作灭火剂的是四氯甲烷；CH2Cl2只代表一种物质，可以判断甲烷分子是空间正四面体结构，而不是平面正方形结构；
故答案为：CCl4；CH2Cl2；
（4）A、根据烷烃的通式可知，2n+2=12，n=5，则烷烃为戊烷，有正戊烷、异戊烷、新戊烷三种同分异构体；
B、一氯取代物只有一种结构，说明戊烷只有一种氢原子，该戊烷为新戊烷，结构简式为
故答案为：符合下列条件的甲烷的一种同系物的结构简式
在常温下，把一个盛有一定量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，下列叙述不正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．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A错误；
B．CH4+Cl2
C．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C正确；
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A．
四川省盛产天然气．某研究小组研究甲烷被空气催化氧化的规律．以下是研究报告的部份内容，请你完成相关的内容：
A、提出假设．反应产物可能有：
猜想①一氧化碳；猜想②甲醇；猜想③甲醛； 猜想④甲酸；猜想⑤水；猜想⑥炭；猜想⑦二氧化碳．
B、查阅资料．①RCHO遇强碱生成RCH2OH和RC00H；②甲酸分子中含有醛基．
C、实验探究．
（一）主要药品：略
（二）实验装置：见下图（铁架台、酒精灯未画出），请在D方框内画出装有碱石灰的球形干燥管（含连接仪器）
实验操作：
交流与评价
I、研究小组甲、乙、丙、丁、戊五人有以下叙述，其中叙述正确的是______．
甲、A装置太复杂，用H装置代替
乙、A装置虽复杂，但也不能用H装置代替
丙、B装置中的细长铁管内，将催化剂分散在SiO2中的主要目的是：增大气体和催化剂的接触面积，加快反应速度
丁、猜想⑤是不需要经过实验证明就成立的．
戊、在B和C置之间增加I装置，昉止倒吸
II、B中自动恒温电加热器可任设某一温度，若再补充部份仪器，可研究______（任答一点）
正确答案
解：实验操作：（1）E加热后，缓慢通气体，E澄清石灰水不变浑浊，G中澄清石灰水变浑浊则说明气体中本身不含有二氧化碳，而一氧化碳不能使石灰水变浑浊，却可以和氧化铜反应生成能使石灰水变浑浊的二氧化碳，故答案为：①；
（2）将D装置取走，连接好其余装置，继续反应，观察到E中澄清石灰水始终不变浑浊，二氧化碳能使石灰水变浑浊，则一定不含有二氧化碳，证明⑦一定不成立，故答案为：⑦；
（3）甲酸是一元弱酸，该酸能使pH试纸变为浅红或是红色，故答案为：浅红或是红；
（4）甲酸可以和碳酸氢钠发生反应，除去甲酸可以用碳酸氢钠，甲醛能和银氨溶液反应生成银，即：HCHO+2[Ag（NH3）2]++2OH-
交流与评价：
Ⅰ、甲、A装置和H装置的用途不一样，要根据作用来选择装置，A装置太复杂，可以实现用空气的二氧化碳处理，反应物的充分混和等方面的作用，H装置不能代替，故甲错误；
乙、A装置和H装置的用途不一样，要根据作用来选择装置，A装置虽复杂，但也不能用H装置代替，故乙正确；
丙、催化剂能加快反应速度，将催化剂分散在SiO2中可以增大气体和催化剂的接触面积，故丙正确；
丁、猜想⑤需要经过实验证明是否成立，现存数据无法说明该猜想的结论，故丁错误；
戊、I装置是一个安全瓶，在B和C置之间增加I装置，可以有效的昉止倒吸，故戊正确．
故答案为：乙、丙、戊；
Ⅱ、催化剂的催化活性受温度的影响，每一种催化剂均有自己的催化效果最佳温度，自动恒温电加热器可任设某一温度，再补充部份仪器，还可以研究催化剂活性最强时的温度或不同温度下甲烷的妆化率或是不同温度下的反应速率或同温度下不同催化剂的催化效果等，
故答案为：催化剂活性最强时的温度或不同温度下甲烷的妆化率或是不同温度下的反应速率或同温度下不同催化剂的催化效果等．
解析
解：实验操作：（1）E加热后，缓慢通气体，E澄清石灰水不变浑浊，G中澄清石灰水变浑浊则说明气体中本身不含有二氧化碳，而一氧化碳不能使石灰水变浑浊，却可以和氧化铜反应生成能使石灰水变浑浊的二氧化碳，故答案为：①；
（2）将D装置取走，连接好其余装置，继续反应，观察到E中澄清石灰水始终不变浑浊，二氧化碳能使石灰水变浑浊，则一定不含有二氧化碳，证明⑦一定不成立，故答案为：⑦；
（3）甲酸是一元弱酸，该酸能使pH试纸变为浅红或是红色，故答案为：浅红或是红；
（4）甲酸可以和碳酸氢钠发生反应，除去甲酸可以用碳酸氢钠，甲醛能和银氨溶液反应生成银，即：HCHO+2[Ag（NH3）2]++2OH-
交流与评价：
Ⅰ、甲、A装置和H装置的用途不一样，要根据作用来选择装置，A装置太复杂，可以实现用空气的二氧化碳处理，反应物的充分混和等方面的作用，H装置不能代替，故甲错误；
乙、A装置和H装置的用途不一样，要根据作用来选择装置，A装置虽复杂，但也不能用H装置代替，故乙正确；
丙、催化剂能加快反应速度，将催化剂分散在SiO2中可以增大气体和催化剂的接触面积，故丙正确；
丁、猜想⑤需要经过实验证明是否成立，现存数据无法说明该猜想的结论，故丁错误；
戊、I装置是一个安全瓶，在B和C置之间增加I装置，可以有效的昉止倒吸，故戊正确．
故答案为：乙、丙、戊；
Ⅱ、催化剂的催化活性受温度的影响，每一种催化剂均有自己的催化效果最佳温度，自动恒温电加热器可任设某一温度，再补充部份仪器，还可以研究催化剂活性最强时的温度或不同温度下甲烷的妆化率或是不同温度下的反应速率或同温度下不同催化剂的催化效果等，
故答案为：催化剂活性最强时的温度或不同温度下甲烷的妆化率或是不同温度下的反应速率或同温度下不同催化剂的催化效果等．
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