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第09天 甲烷的分子結構 高考頻度：★★★☆☆ 難易程度：★★☆☆☆ 光照條件下，下列各組混合物中幾乎沒有發(fā)生反應的是 A．甲烷和溴蒸氣 B．氫氣和氯氣 C．甲烷和氧氣 D．甲烷和氯氣 【參考答案】C 【試題解析】甲烷與氧氣反應的條件是點燃。 （1）組成與結構 名稱 分子式 電子式 結構式 分子模型 甲烷 CH4 （2）空間結構 ①分子結構示意圖 ②結構特點及空間構型 具有正四面體結構，其中，4個C—H鍵的長度和強度相同，夾角相等；碳原子位于正四面體的中心，4個氫原子位于4個頂點。 甲烷分子中4個C—H鍵相同，在空間可能有兩種對稱分布即正四面體結構和平面正方形結構。假設甲烷是平面正方形結構，則CH2Cl2分子中的5個原子必在同一平面上，應有兩種結構：、。若CH2Cl2有兩種結構，則必然有熔、沸點等物理性質不同的兩種物質，而科學研究發(fā)現(xiàn)，CH2Cl2只有一種熔、沸點。故甲烷為正四面體結構。 1．下列敘述錯誤的是 A．通常情況下，甲烷與強酸、強堿、強氧化劑不發(fā)生反應 B．光照條件下，甲烷能與氯氣發(fā)生取代反應 C．甲烷的氯代物CHCl3、CCl4都難溶于水 D．甲烷在光照條件下能與氧氣發(fā)生反應 2．煤礦發(fā)生瓦斯爆炸往往與礦坑中的甲烷有關，下列敘述中錯誤的是 A．點燃甲烷不必事先進行驗純 B．甲烷燃燒放出大量的熱，所以甲烷是一種很好的氣體燃料 C．煤礦的礦井要注意通風并嚴禁煙火，以防爆炸事故的發(fā)生 D．點燃混有空氣的甲烷不一定會爆炸 3．如圖所示均能表示甲烷的分子結構，下列說法錯誤的是 A．Ⅰ將各原子看成了質點，為立體結構示意圖 B．Ⅱ為電子式，表示甲烷分子中有8個電子 C．Ⅲ為球棍模型，棍代表甲烷分子內含有的共價鍵 D．Ⅳ為比例模型，能表示出甲烷的空間構型及各原子的相對大小 4．某研究小組為了探究甲烷和氯氣反應的情況，設計了幾個實驗，請?zhí)顚懴铝锌瞻? 【實驗一】 用如圖所示裝置，收集一試管甲烷和氯氣的混合氣體， 光照后觀察到量筒內形成一段水柱，認為有氯化氫生成。 （1）該反應的反應類型為　　　　　　　，反應的化學方程式為　　　　　　　　　　(只寫第一步)。 （2）水槽中盛放的液體應為　　　　　　　(填序號)。 A．水 B．飽和石灰水 C．飽和食鹽水 D．飽和NaHCO3溶液 【實驗二】 收集一試管甲烷和氯氣的混合氣體，光照反應后，滴加AgNO3溶液，看到有白色沉淀生成，認為有氯化氫生成。 （3）該實驗設計的錯誤之處是　 。 【實驗三】 步驟一:收集半試管氯氣，加入10 mL 蒸餾水，充分振蕩，用儀器測得溶液的pH=3.26。 步驟二:收集一試管甲烷和氯氣的混合氣體(各占50%)，在40 W的日光燈下光照6 min后，加入10 mL 蒸餾水，充分振蕩，用儀器測得pH=1.00。 （4）判斷該反應中有氯化氫生成的依據(jù)是　 。 步驟三:用5支試管充滿甲烷和氯氣的混合氣體(各占50%)，分別放在40 W的日光燈下光照不同時間后，加入10 mL 蒸餾水，充分振蕩，測得pH如下表: 編號 1 2 3 4 5 光照時間 2 min 4 min 6 min 8 min 10 min 反應后pH 1.86 1.62 1.00 1.00 1.00 （5）該實驗可得到結論:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 步驟四:探究不同光照條件對甲烷與氯氣反應的影響。 （6）試設計一個可行的實驗方案:_________________________________________________________。 1．【答案】D 2．【答案】A 【解析】如果甲烷中混有空氣，點燃時可能會發(fā)生爆炸，因此點燃之前必須驗純。 3．【答案】B 【解析】Ⅱ表示電子式，但略去了碳原子的內層電子，甲烷分子中應含有10個電子。 4．【答案】（1）取代反應　CH4+Cl2CH3Cl+HCl （2）C （3）氯水中加入AgNO3溶液也會產(chǎn)生白色沉淀，從而無法確定反應中有氯化氫生成 （4）步驟二測得的pH的具體值比步驟一的低 （5）相同條件下，一定時間內，光照時間越長，甲烷與氯氣反應的越充分，生成的HCl越多(其他合理答案也可) （6）用5支試管充滿甲烷和氯氣的混合氣體(各占50%)，分別放在不同功率的日光燈下照射相同時間后，加入10 mL 蒸餾水，充分振蕩，測pH 【解析】（1）CH4在光照下與Cl2發(fā)生取代反應生成CH3Cl等，第一步反應方程式為CH4+Cl2CH3Cl+HCl。 （2）由于量筒中的Cl2能與水、飽和石灰水、飽和NaHCO3溶液反應，所以水槽中盛放的液體應為飽和食鹽水。 （3）該實驗的目的是通過AgNO3溶液來驗證HCl的生成，但由于Cl2溶解在水中時也會產(chǎn)生Cl-，從而無法確定生成的白色AgCl沉淀是否是由于生成HCl引起的，所以該實驗設計存在錯誤。 （4）步驟一、二中氯氣體積相同，氯氣溶于水中生成HCl、HClO，HClO是弱酸，且Cl2與H2O不能完全反應，所以步驟一測定出的pH=3.26。步驟二中測定出溶液的pH=1.00<3.26，說明步驟二中產(chǎn)生的酸的濃度更大，即步驟二中CH4與Cl2發(fā)生了取代反應而生成了HCl。 （5）從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著時間的推移，反應后所得溶液的pH逐漸變小，說明甲烷與氯氣反應的光照時間越長，甲烷取代反應的轉化率越高。從表中數(shù)據(jù)還可看出，6 min、8 min、10 min時所得溶液pH相同，說明6 min后CH4與Cl2反應發(fā)生完全。 （6）類比步驟三的方法，步驟三是時間為變量，步驟四用光照強度為變量，從而可設計出相應的方案。 你正走在學霸的路上！ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________