《最简单的有机化合物──甲烷》典例分析（一）
一、选择题
1．下列说法正确的是（ ） A．含碳元素的化合物都是有机物
B．完全燃烧只生成CO2和H2O的化合物都是烃
C．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
D．有机物完全燃烧只可能生成CO2和H2O
考查目的：考查有机化合物和烃的概念及其性质的理解。 答案：C
解析：有机物通常是指含碳元素的化合物，但CO、CO2、Na2CO3
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。完全燃烧只生成CO2和H2O，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，例如，乙醇（C2H6O）完全燃烧也只生成CO2和H2O，但乙醇不是烃。有机物中碳与碳之间不论是单键、双键、三键，都是非极性共价键，而碳与其他原子间多为极性共价键，故C选项正确。有些有机物除含碳、氢、氧外，还含有氮、硫、卤素、磷等，它们完全燃烧可能还会生成SO2、氮的氧化物等物质。
2．据报道，2011年5月3日上午，墨西哥北部一处煤矿发生瓦斯爆炸，造成多名矿工死伤。瓦斯爆炸往往与矿坑中的甲烷有关，下列叙述中错误的是（ ）
A．点燃甲烷不必事先进行验纯
B．甲烷燃烧放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料 C．煤矿的矿井要注意通风并严禁烟火，以防爆炸事故的发生
D．点燃混有空气的甲烷不一定会爆炸 考查目的：考查实验安全和甲烷的用途。 答案：A
解析：甲烷的爆炸极限为5%～15.4%（即甲烷体积在空气中含量为5%～15.4%）。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。
3．在光照条件下，将等物质的量的甲烷和氯气充分反应，所得产物中物质的量最多的是（ ）
A．CH3Cl B．CH2Cl C．CHCl3 D．HCl 考查目的：考查取代反应。 答案：D
解析：光照条件下，甲烷和氯气的取代反应每一步都生成了HCl，故产物中HCl的物质的量最多。
4．下图是CH4、CCl4、CH3Cl的分子球棍模型图，下列说法正确的是（ ）
A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构 B．CH4、CCl4都是正四面体结构 C．CH4和CCl4中的化学键均为非极性键 D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同 考查目的：考查物质的结构和性质。
解析：CCl4分子的空间结构同CH4相似，为正四面体结构，CH3Cl中的C—H键和C—Cl键不同，不是正四面体结构。
5．下列物质在一定条件下可跟CH4发生化学反应的是（ ） A
．
酸
性
高
锰
酸
钾
溶
液
B．溴水 C
．
氢
氧
化
钠
溶
液
D．溴蒸气
考查目的：考查甲烷的化学性质。 答案：D
解析：在通常情况下，CH4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。
6．已知天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应前者大。下列叙述：①天然气与煤、石油相比是较洁净的能源；②等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是酸雨的成因之一。其中正确的是（ ）
A．只有① B．只有③ C．①和② D．①②和③
考查目的：考查天然气燃烧产物对空气的影响，温室效应。
解析：根据题示信息。等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应前者大，那么等质量的CH4和CO2，前者物质的量大，产生的温室效应更大，所以②正确。天然气燃烧的产物是CO2和H2O，而煤、石油燃烧的产物除CO2和H2O外，还有SO2等有害气体，所以天然气是比较洁净的能源，①正确。酸雨主要是硫的氧化物和氮的氧化物溶于水所致，大量排放SO2是其主要原因，而天然气的燃烧不会产生SO2，故③不正确。
7．一定量的CH4燃烧后得到的产物是CO、CO2、H2O（g），此混合物的质量为49.6g，当其缓缓通过足量的无水CaCl2时气体质量减少25.2g，则混合气中CO的质量为（ ）
A．24.4g B．13.2g C．12.5g D．11.2g
考查目的：考查甲烷燃烧产物质量的计算，意在考查化学反应前后原子守恒。
答案：D
解析：n（H2O）＝＝1.4mol
由氢原子守恒得：n（CH4）＝＝0.70mol 由碳原子守恒得：n（CO）＋n（CO2）＝0.70mol 碳的氧化物总质量为49.6g－25.2g＝24.4g
设CO与CO2的物质的量分别为x和y。由碳原子物质的量守恒和质量守恒可得：
m（CO）＝0.4mol×28g·mol－1＝11.2g。
8．将1mol甲烷和适量的Cl2混合后光照，充分反应后生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次增大0.1mol，
则参加反应的Cl2的物质的量为（ ）
A．1.5mol B．3mol C．4.5mol D．6mol
考查目的：考查质量守恒定律，取代反应产物的确定和化学方程式的计算。
答案：B
解析：解答此题宜用原子守恒法。CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4
中的碳原子都是从CH4中来的，故这四种取代物共1mol，设CH3Cl的物质的量为x，则x＋（x＋0.1mol）＋（x＋0.2mol）＋（x＋0.3mol）＝1mol，得x＝0.1mol，即CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量依次为0.1mol、0.2mol、0.3mol、0.4mol，含Cl原子的物质的量共为0.1mol×1＋0.2mol×2＋0.3mol×3＋0.4mol×4＝3mol。而一个Cl2分子中只有一个Cl原子参加取代反应，因此消耗的Cl2也为3mol。
9．黑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（ ）
A．5% B．9.1% C．10.5% D．15%
考查目的：考查甲烷的可燃性和可燃物的爆炸极限。 答案：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CH4＋2O2CO2＋2H2O，恰好完全反应时V（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%。
10．若1 mol某气态烃CxHy完全燃烧，需用3 mol O2，则 （ ） A．x＝2，y＝2 B．x＝2，y＝4 C．x＝3，y＝6 D．x＝3，y＝8 考查目的：考查烃的燃烧和分子式的确定。 答案：B
解析：根据烃燃烧的通式：CxHy＋（x＋y/4）O2xCO2＋y/2H2O，得出x＋y/4＝3.将
选项逐一代入：A：x＝2，y＝2，x＋y/4＝2.5； B：x＝2，y＝4，x＋y/4＝3； C：x＝3，y＝6，x＋y/4＝4.5；D：x＝3，y＝8，x＋y/4＝5。所以，B正确。
二、非选择题
11．如图某气体X可能由H2、CO、CH4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，B洗气瓶的质量不变，则气体X是________。
（2）若A洗气瓶的质量不变，B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________。
考查目的：考查H2、CO、CH4气体的性质实验。
答案：（1）H2 ；（2）CO；（3）CH4或H2、CO或H2、CH4或CO、CH4或H2、CO、CH4
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。
2H2＋O22H2O，2CO＋O22CO2 CH4＋2O2CO2＋2H2O 由浓H2SO4吸收水，石灰水吸收CO2得：
（1）若A瓶质量增加，B瓶质量不变，说明气体X燃烧只生成水，故X为H2。
（2）若A瓶质量不变，B瓶质量增加，说明气体X燃烧只有CO2
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H2O又有CO2，故X气体为不确定成分。它可以是CH4或以下组合：H2、CO；H2、CH4；CO、CH4；H2、CO、CH4。
12．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________（填序号）。 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________（填序号）。
a．CH4 b．CH3Cl c．CH2Cl2 d．CHCl3 e．CCl4
考查目的：考查氯气的制取，甲烷的性质，化学方程式的书写，化学实验基本操作和装置的作用等知识。
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＋2Cl2CCl4＋4HCl；（6）分液 ab
解析：（1）B装置的三个作用：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）当发生反应：CH4＋4Cl2CCl4＋4HCl时生成HCl气体最多，所以要保证＝x≥4。
（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）根据信息知黑色小颗粒应为碳粉，根据原子守恒应为CH4
＋2Cl2CCl4＋4HCl。
（6）分离难溶于水的油状液体可用分液法。