第二节甲烷
一、选择题
1．甲烷分子中键的键角为（）。
A．B．C．D．
解答：本题考查甲烷分子的空间构型。
解：甲烷分子空间构型为：正四面体，键的键角为。
本题答案为选项C。
2．能够证明甲烷分子构型是四面体的事实是（）。
A．甲烷分子中四个键的键能相同
B．甲烷分子中四个键的键长相等
C．甲烷分子中所有键的键角相等
D．二氯甲烷没有同分异构体
解答：本题考查甲烷分子的空间构型。
解：分子中有四个等同的键，可能有两种对称的结构：正四面体结构或平面正方形
结构。
甲烷无论是正四面体结构还是正方形结构，一氯代物均不存在同分异构体。
若是平面正方形，四个氢原子相互间存在相邻和相间的关系，其二氯代物有两种异构体：两个氯原子在邻位和两个氯原子在对位。
若是正四面体，则只有一种，因为正四面体的两个顶点总是相邻关系。
经测定没有同分异构体，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。
本题答案为选项D。
3．大气污染物氟利昂的化学式是，下列关于氟利昂的说法中正确的是（）。
A．没有固定的熔沸点B．分子中的碳原子是饱和的
C．正四面体的空间结构D．只有一种结构
解答：本题考查的结构。
解：没有同分异构体，是纯净物，有固定的熔沸点，所以选项A错误；
分子中碳原子连接个原子，分子中的碳原子是饱和的，所以选项B正确；
甲烷是正四面体结构，则氟利昂中氯原子和氟原子不同，不是正四面体结构，为四面体结构，所以选项C错误；
是甲烷的取代产物，为四面体结构，因此结构只有一种，没有同分异构体，所以选项D
正确。
本题答案为选项B、D。
4．下列分子中，含有极性共价键且呈正四面体结构的是（）。
A．氨气B．二氯甲烷C．四氯甲烷D．白磷
解答：本题考查物质的空间构型。
解：氨气：含有极性共价键，呈三角锥形结构，所以选项A错误；
二氯甲烷：含有极性共价键且呈四面体结构，所以选项B错误；
四氯甲烷：含有极性共价键且呈正四面体结构，所以选项C正确；
白磷：含有非极性共价键，呈正四面体结构，所以选项D错误。
本题答案为选项C。
5．若要使和发生取代反应，并生成相同物质的量的四种取代物，则需要的
物质的量为（）。
A．B．C．D．
解答：本题考查和取代反应。
解：氯气发生的取代反应是个氯原子替换个氢原子，另一个氯原子则与氢原子结合生成氯化氢，从氢原子守恒的角度分析，参加反应的氯气的物质的量等于生成的氯代烃中氯原子的物质的量。
而种氯代烃的物质的量相等，即各有，
所以所需的氯气的物质的量为：。
本题答案为选项C。
6．当空气中混有的甲烷时，点燃会发生爆炸，当爆炸最强烈时，甲烷的含量为（）。
A．B．C．D．
解答：本题考查甲烷的燃烧。
解：设爆炸最剧烈时甲烷的体积是，根据可知，氧气的体积是，空气的体积是，
所以甲烷与空气相互混合时爆炸最强烈时的体积比为。
甲烷的含量。
本题答案为选项A。
二、非选择题
7．分析图中实验装置，预测可能观察到的实验现象：
（1）试管中：①__________；②__________；③__________。
（2）水槽中：________________________________________________。
解答：本题考查甲烷氯代的实验。
解：（1）甲烷与氯气发生取代反应生成氯代烃和氯化氢气体。
黄绿色气体氯气不断被消耗，所以气体颜色逐渐变为无色；生成的氯代烃难溶于水，因此试管壁上出现油状液滴；氯化氢极易溶于水，气体体积减少，试管内液面上升。
（2）氯化氢溶于水后会与硅酸钠反应生成难溶于水的白色沉淀硅酸，因此水槽中会出现浑浊现象。
本题答案为：
（1）①气体颜色逐渐变为无色；②试管壁上出现油状液滴；③试管内液面上升。
（2）出现浑浊现象。
8．（1）我国西周年代写成的算卦占卜的书《周易》中，在谈到一些自然界中发生的现象时说：“象曰：‘泽中有火。
’”试用化学方程式表示“泽中有火”的化学反应______________________________，西气东输是我国油气管道建设史上距离最长的输气管道，总长，设计年输气量为亿立方米。
这里说的气就是天然气，天然气的主要成分是__________（填名称），试分析使用天然气的优点：________________________________________。
（2）现在用户用的液化气有两种，一种是天然气，另一种是液化石油气，其主要成分为丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，同时含有少量戊烷、戊烯。
通过化学方程式分析如果用户从天然气改为液化石油气应__________（填“增大”或“减小”）空气进气管道。
（3）有学生想通过化学实验来验证甲烷的组成，设计了以下方案：
通过__________说明甲烷中含有氢元素；通过说明甲烷中含有碳元素。
通过以上实验__________（填“能”或“不能”）准确地说明甲烷的元素组成。
若不能，__________元素无法判断，要进一步判断需要的数据是__________。
①甲烷的质量②无水硫酸铜的增重③澄清石灰水的增重④甲烷的体积
解答：本题考查天然气的知识。
解：（1）这里的泽是指沼泽，在沼泽中有很多动植物的腐败物产生，时间一长就会变成甲烷，这就是我们平时所说的沼气的主要成分，所以泽中有火是甲烷在燃烧。
其化学方程式为：
我国西部地区盛产天然气，其主要成分是甲烷，原来这部分气体都释放到空气中，
不仅引起温室效应（也是温室气体），且浪费能源。
现在建立了西气东输的管道使得这一
部分资源缓和了东部发达地区的能源危机，同时甲烷燃烧的产物只有水和二氧化碳，是一种清洁能源。
（2）相同体积的甲烷和石油气燃烧时，甲烷需用的氧气体积小，所以如果用户从天然气改为液化石油气应增大空气进口，或者减小燃气进口。
（3）无水硫酸铜遇水变为蓝色，所以通过无水硫酸铜的颜色变化即可判断甲烷中含有氢元素；澄清石灰水中通入二氧化碳变浑浊，通过此现象可以判断甲烷中含有碳元素，碳、氢元素之比不能判断。
因此，还需要进行定量实验，通过甲烷、水和二氧化碳的质量即可求得是否会有氧元素。
本题答案为：
（1）；甲烷；清洁无污染。
（2）增大。
（3）无水硫酸铜变蓝色；澄清石灰水变浑浊；不能；氧；①②③。
9．取标准状况下和过量的混合气体，点燃，将燃烧后的气体用过量碱石灰吸
收，碱石灰增重。
计算：
（1）碱石灰吸收后所剩余气体的体积（标准状况）。
（2）原混合气体中跟的体积比。
解答：本题考查关于甲烷燃烧的计算。
解：（1）碱石灰增重为二氧化碳和水的质量。
解得：，
消耗的氧气为：。
所以：经碱石灰吸收后所剩余气体体积为：。
（2）原混合气体中跟的体积比。
本题答案为：（1）；（2）。
10．在常温下的密闭容器中放入一定量的、和足量，用电火花不断引燃，待反应完全后，恢复到原温度，容器内压强几乎为。
求：
（1）容器内和的物质的量之比应为__________；
（2）若容器中的质量为，则容器中的质量范围为__________。
解答：本题考查甲烷的燃烧产物与过氧化钠的反应。
解：（1）甲烷燃烧生成水和二氧化碳，过氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气，该反应的化学方程式为，过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气，反应的化学方程式为。
根据反应完全后，恢复到原温度，容器内压强几乎为，说明容器内没有气体剩余。
可写出总反应的化学方程式：。
可得：容器内和的物质的量之比应为。
（2）若容器中的质量为，即。
根据化学方程式，当恰好完全反应时，三者物质的量之比为，可推得氧气的物质的量为：，质量为。
由题意知：过氧化钠过量，所以容器中的质量范围为：。
本题答案为：（1）；（2）。
