甲烷的性质
1．了解有机化合物的概念。掌握甲烷的分子结构了解甲烷的物理性质及存在、用途。掌握甲烷的化学性质认识取代反应的特点。
要点
一、有机化合物和烃概念 组成元素 有机化合物 大部分含有碳元素的化合物 一定含有C常含有H、O有的还含有N、S、P、Cl等(写元素符号下同)。 烃 仅含有C、H元素的有机物有机化合物都含有C元素但含C元素的物质不一定都是有机物如CO、CO、碳酸盐、碳酸氢盐都属于无机物。
二、甲烷存在和用途。(1)存在：甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。(2)用途：天然气是一种高效、、污染小的清洁能源还是一种重要的化工原料。组成与结构。(1)表示方法。
(2)结构特点。甲烷分子是以碳原子为中心氢原子为顶点的正四面体结构其中C—H键的键长和键角相同。物理性质。颜色 状态 气味 密度(与空气相比) 水溶性 无色 气态 无味 小 极难溶4.化学性质。通常状况下甲烷比较稳定与KMnO等强氧化剂不反应与强酸、强碱也不反应。但在特定的条件下甲烷也能发生某些反应。(1)氧化反应。纯净的甲烷在空气中安静的燃烧火焰呈淡蓝色放出大量的热反应的化学方CH4＋2OCO2＋2H。(2)取代反应。定义：有机化合物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应。甲烷与氯气的取代反应。实验操作 实验现象 气体颜色变浅最后消失试管内壁有油状液滴出现试管内液面逐渐上升试管中有少量白雾 有关化学方程式 CH＋ClCH3Cl＋HCl；3Cl＋ClCH2Cl2＋HCl；＋ClCHCl3＋HCl；＋ClCCl4＋HCl③取代产物。水溶性：甲烷的四种氯代产物均不溶于水。状态：常温下除一氯甲烷是气体其余三种均为液体。
【应用思考】含碳元素的化合物一定是有机物吗？提示：不一定以是否含有碳元素为标准来划分有机物和无机物有一定的局限性。如CO、CO、Na等物质虽然含有碳元素但它们的组成和性质跟无机物很相近一般将它们称作无机物。因此有机物一定含碳元素若把甲烷分子中的一个氢原子换成氯原子还是正四面体结构吗？提示：因C—H键与C—Cl键的长度不同故CH是四面体结构但不是正四面体结构。点燃甲烷气体前为什么必须检验其纯度？如何检验？提示：空气中的甲烷含量在5%～15.4%(体积分数)范围内时遇火花会发生爆炸。因此在进行甲烷燃烧实验时必须先检验其纯度。用排水法收集满一小试管与Cl发生取代反应时有机取代产物的总物质的量与CH的物质的量有何关系？提示：根据碳元素守恒四种有机取代产物的总物质的量等于反应物CH的物质的量。
1．烃类物质是指(C)含有碳元素的有机物B．含有碳、氢元素的有机物只含碳、氢两种元素的有机物完全燃烧只生成二氧化碳和水的有机物
与甲烷的分子结构相同的物质是(B)解析：CH、CH是四面体形分子；CCl和CH分子结构相同都是正四面体形关于取代反应和置换反应的下列说法中正确的是(C)取代反应和置换反应中一定都有单质生成取代反应和置换反应一定都属于氧化还原反应取代反应大多是可逆的反应速率慢而置换反应一般是单向进行的反应速率快取代反应和置换反应的产物都是唯一的不会有多种产物并存的现象解析：CH＋ClCH3Cl＋HCl就A项错；CH＋H＋C就不是氧化还原反应项错；CH与Cl的取代反应产物有5种项错。
1．下列说法不正确的是(B)有机物中一定含有碳元素完全燃烧只生成COH2O的化合物都是烃大多数有机物分子中碳原子与碳原子之间或碳原子与其他原子之间相结合的化学键是非极性共价键和极性共价键有机物可以人工合成解析：有机物通常是指含碳元素的化合物但CO、CO、Na等少数物质虽含有碳元素但其性质却跟无机物相似故一般把它们归为无机物项正确；完全燃烧只生成CO和H仅说明该化合物中含有C、H两种元素但不一定说明只由C、H两种元素组成项错误C项正确；D项显然正确；答案为B。
煤矿容易发生瓦斯爆炸瓦斯爆炸往往与矿坑中的甲烷有关下列相关的叙述中错误的是(A)点燃甲烷不必事先进行验纯甲烷燃烧放出大量的热所以是一种很好的气体燃料煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火以防爆炸事故的发生点燃混有空气的甲烷不一定会爆炸解析：甲烷5%～15.4%(即甲烷体积在空气中含量为5%～%)。如果甲烷中混有空气点燃时可能会发生爆炸因此点燃之前必须验纯错；其他选项明显正确答案为A。
下图分别是CH、CCl、CH的分子球棍模型图下列说法正确的是(B)
A．CH4、CCl和CH都是正四面体结构、CCl都是正四面体结构和CCl中的化学键均为非极性键、CCl的结构相同性质也相同解析：CCl分子的空间结构同CH相似为正四面体结构中的C—H键和C—Cl键不同不是正四面体结构。
下列反应中属于取代反应的是(D)C＋2H＋Cl2HCl
C．CH4＋2OCO2＋2H＋ClCH3Cl＋HCl解析：A.甲烷分解为碳和氢气属于分解反应错误；B.属于化合反应错误；C.甲烷的燃烧反应属于氧化还原反应错误；D.甲烷与氯气在光照条件下的反应属于取代反应正确；答案选D。
下列物质在一定条件下可跟CH发生化学反应的是(D)酸性高锰酸钾溶液溴水氢氧化钠溶液溴蒸气解析：在通常情况下的化学性质比较稳定不与强酸、强碱、强氧化剂发生反应不能使酸性高锰酸钾溶液、溴水褪色但在光照条件下能与溴蒸气发生取代反应。
下列事实、事件、事故中与甲烷无关的是(B)天然气的主要成分石油催化裂化及裂解后的主C．“西气东输”中气体煤矿中的瓦斯爆炸解析：A.天然气的主要成分为甲烷正确；B.石油的裂化就是在一定的条件下将石油从相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。产物主要有乙烯还有丙烯、异丁烯及甲烷、乙烷、丁烷、炔烃、硫化氢和碳的氧化物等故B错误；“西气东输”中气体主要指天然气即甲烷故C正确；D.煤矿中的瓦斯指甲烷故D正确此题选B。
7．将1mol甲烷和适量的Cl混合后光照充分反应后生成的CH、CH、CHCl、CCl四种有机产物的物质的量依次增大0.1mol则参加反应的Cl的物质的量为(B)B．3mol解析：解答此题宜用原子守恒法。CH、CHCl2、CHCl、CCl中的碳原子都是从CH中来的故这四种取代物共1mol设CH的物质的量为则＋(＋0.1mol)＋(＋0.2mol)＋(＋0.3mol)＝1mol得＝0.1mol即CH、CH、CHCl、CCl四种有机产物的物质的量依次为0.1mol、、、0.4mol含Cl原子的物质的量共0.1mol×1＋0.2mol×＋0.3mol＋4mol×4＝3mol。而一个Cl分子中只有一个Cl原子参加取代反应因此消耗的Cl也为3mol。
下列叙述不正确的是(A)一氯甲烷分子呈正四面体结构在甲烷的四种氯的取代物中只有一氯甲烷常温下是气体由甲烷(CH)的氯代物有4种可推知乙烷的氯代物有9种由于CH是易燃易爆的气体所以点燃CH前一定要检解析：CH是正四面体结构但CH中因C—Cl键不同于C—H键所以是四面体结构而不是正四面体结构故A项错误；B项明显正确；由乙烷的结构式可知其一氯取代物有1种二氯取代物有2种[、]，三氯取代物有2种四氯取代物有2种五氯取代物和六氯取代物各有1种这样的氯代物共有9种故C项正确；点燃H、CO、CH等易燃易爆的气体前一定要验纯这是实验的基本常识项正确；答案为A。
个体小煤矿经常发生瓦斯爆炸事故造成多人伤亡因此在矿井里必须采取安全措施如通风、严禁烟火等而且要随时检查瓦斯的体积分数如果空气中含甲烷5%15%，遇到明火会发生爆炸。发生最强烈爆炸时空气中甲烷所占的体积分数是(B)解析：爆炸极限是指可燃性气体与空气的混合物点燃能发生爆炸的浓度范围。事实上在这个浓度范围内爆炸强弱程度不同其中有一个爆炸最强点它所要满足的条件是：在混合气体中可燃性气体与助燃性气体的体积比恰好是完全反应时的比值。根据反应CH＋2OCO2＋恰好完全反应时(CH4)∶V(O2)＝1∶2空气中氧气所占的体积比约为1/5甲烷占混合气体的体积分数约为1/(1＋10)×100%＝9.1%。
如图某气体X可能由H、CO、CH中的一种或几种组成将X气体燃烧把燃烧后生成的气体通过A、B两个洗气瓶。试回答下列问题。
(1)若A洗气瓶的质量增加洗气瓶的质量不变则气体X是。(2)若A洗气瓶的质量不变洗气瓶的质量增加则气体X是________。(3)若A、B两个洗气瓶的质量都增加则气体X可能是________。解析：此题主要考查根据洗气瓶中质量的变化确定原气体X的成分。由于2H2＋O2H2O，2CO＋2CO2，CH4＋2OCO2＋2H吸收水石灰水吸收CO2。(1)若A瓶质量增加瓶质量不变说明气体X燃烧只生成水故X为H。(2)若A瓶质量不变瓶质量增加说明气体X燃烧只有CO生成故X为CO。(3)若A、B两瓶质量都增加说明气体X燃烧产物既有H又有CO故X气体为不确定成分。它可以是CH或以下组合：HCO；H、CH；CO、CH；H、CO、CH。答案：(1)H(2)CO(3)CH或H、CO或H、CH或CO、CH或H、CO、CH
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