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第09天 甲烷的分子結(jié)構(gòu) 高考頻度：★★★☆☆ 難易程度：★★☆☆☆ 光照條件下，下列各組混合物中幾乎沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)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(yīng)的條件是點(diǎn)燃。 （1）組成與結(jié)構(gòu) 名稱(chēng) 分子式 電子式 結(jié)構(gòu)式 分子模型 甲烷 CH4 （2）空間結(jié)構(gòu) ①分子結(jié)構(gòu)示意圖 ②結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及空間構(gòu)型 具有正四面體結(jié)構(gòu)，其中，4個(gè)C—H鍵的長(zhǎng)度和強(qiáng)度相同，夾角相等；碳原子位于正四面體的中心，4個(gè)氫原子位于4個(gè)頂點(diǎn)。 甲烷分子中4個(gè)C—H鍵相同，在空間可能有兩種對(duì)稱(chēng)分布即正四面體結(jié)構(gòu)和平面正方形結(jié)構(gòu)。假設(shè)甲烷是平面正方形結(jié)構(gòu)，則CH2Cl2分子中的5個(gè)原子必在同一平面上，應(yīng)有兩種結(jié)構(gòu)：、。若CH2Cl2有兩種結(jié)構(gòu)，則必然有熔、沸點(diǎn)等物理性質(zhì)不同的兩種物質(zhì)，而科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，CH2Cl2只有一種熔、沸點(diǎn)。故甲烷為正四面體結(jié)構(gòu)。 1．下列敘述錯(cuò)誤的是 A．通常情況下，甲烷與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑不發(fā)生反應(yīng) B．光照條件下，甲烷能與氯氣發(fā)生取代反應(yīng) 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(yīng) 2．煤礦發(fā)生瓦斯爆炸往往與礦坑中的甲烷有關(guān)，下列敘述中錯(cuò)誤的是 A．點(diǎn)燃甲烷不必事先進(jìn)行驗(yàn)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(fēng)并嚴(yán)禁煙火，以防爆炸事故的發(fā)生 D．點(diǎn)燃混有空氣的甲烷不一定會(huì)爆炸 3．如圖所示均能表示甲烷的分子結(jié)構(gòu)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 A．Ⅰ將各原子看成了質(zhì)點(diǎn)，為立體結(jié)構(gòu)示意圖 B．Ⅱ?yàn)殡娮邮剑硎炯淄榉肿又杏?個(gè)電子 C．Ⅲ為球棍模型，棍代表甲烷分子內(nèi)含有的共價(jià)鍵 D．Ⅳ為比例模型，能表示出甲烷的空間構(gòu)型及各原子的相對(duì)大小 4．某研究小組為了探究甲烷和氯氣反應(yīng)的情況，設(shè)計(jì)了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下列空白: 【實(shí)驗(yàn)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(nèi)形成一段水柱，認(rèn)為有氯化氫生成。 （1）該反應(yīng)的反應(yīng)類(lèi)型為　　　　　　　，反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　(只寫(xiě)第一步)。 （2）水槽中盛放的液體應(yīng)為　　　　　　　(填序號(hào))。 A．水 B．飽和石灰水 C．飽和食鹽水 D．飽和NaHCO3溶液 【實(shí)驗(yàn)二】 收集一試管甲烷和氯氣的混合氣體，光照反應(yīng)后，滴加AgNO3溶液，看到有白色沉淀生成，認(rèn)為有氯化氫生成。 （3）該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤之處是　 。 【實(shí)驗(yàn)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(cè)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(cè)得pH=1.00。 （4）判斷該反應(yīng)中有氯化氫生成的依據(jù)是　 。 步驟三:用5支試管充滿(mǎn)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(shí)間后，加入10 mL 蒸餾水，充分振蕩，測(cè)得pH如下表: 編號(hào) 1 2 3 4 5 光照時(shí)間 2 min 4 min 6 min 8 min 10 min 反應(yīng)后pH 1.86 1.62 1.00 1.00 1.00 （5）該實(shí)驗(yàn)可得到結(jié)論:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 步驟四:探究不同光照條件對(duì)甲烷與氯氣反應(yīng)的影響。 （6）試設(shè)計(jì)一個(gè)可行的實(shí)驗(yàn)方案:_________________________________________________________。 1．【答案】D 2．【答案】A 【解析】如果甲烷中混有空氣，點(diǎn)燃時(shí)可能會(huì)發(fā)生爆炸，因此點(diǎn)燃之前必須驗(yàn)純。 3．【答案】B 【解析】Ⅱ表示電子式，但略去了碳原子的內(nèi)層電子，甲烷分子中應(yīng)含有10個(gè)電子。 4．【答案】（1）取代反應(yīng)　CH4+Cl2CH3Cl+HCl （2）C （3）氯水中加入AgNO3溶液也會(huì)產(chǎn)生白色沉淀，從而無(wú)法確定反應(yīng)中有氯化氫生成 （4）步驟二測(cè)得的pH的具體值比步驟一的低 （5）相同條件下，一定時(shí)間內(nèi)，光照時(shí)間越長(zhǎng)，甲烷與氯氣反應(yīng)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(mǎn)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(shí)間后，加入10 mL 蒸餾水，充分振蕩，測(cè)pH 【解析】（1）CH4在光照下與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)生成CH3Cl等，第一步反應(yīng)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(yīng)，所以水槽中盛放的液體應(yīng)為飽和食鹽水。 （3）該實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)AgNO3溶液來(lái)驗(yàn)證HCl的生成，但由于Cl2溶解在水中時(shí)也會(huì)產(chǎn)生Cl-，從而無(wú)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在錯(cuò)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(yīng)，所以步驟一測(cè)定出的pH=3.26。步驟二中測(cè)定出溶液的pH=1.00<3.26，說(shuō)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(yīng)而生成了HCl。 （5）從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著時(shí)間的推移，反應(yīng)后所得溶液的pH逐漸變小，說(shuō)明甲烷與氯氣反應(yīng)的光照時(shí)間越長(zhǎng)，甲烷取代反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率越高。從表中數(shù)據(jù)還可看出，6 min、8 min、10 min時(shí)所得溶液pH相同，說(shuō)明6 min后CH4與Cl2反應(yīng)發(fā)生完全。 （6）類(lèi)比步驟三的方法，步驟三是時(shí)間為變量，步驟四用光照強(qiáng)度為變量，從而可設(shè)計(jì)出相應(yīng)的方案。 你正走在學(xué)霸的路上！ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________