甲烷的结构与性质
高考频度：★★☆☆☆ 难易程度：★★☆☆☆
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下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是
A．甲烷与氯气的物质的量之比为1∶1，混合发生取代反应只生成CH3Cl
B．甲烷与氯气的取代反应，生成的产物中CH3Cl最多
C．甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物
D．1 mol甲烷生成CCl4最多消耗2 mol氯气
【参考答案】C
【试题解析】甲烷与氯气一旦发生取代反应就不会停止在某一步，四种有机物都会产生，故得不到纯净的CH3Cl，A错误，C正确；甲烷与氯气的反应中每取代1 mol氢原子，消耗1 mol氯气，生成1 mol HCl，故产物中HCl最多，B错误；1 mol甲烷生成CCl4最多消耗4 mol氯气，D错误。
解题必备
（1）点燃甲烷前，必须检验其纯度。
（2）甲烷与氯气发生取代反应的特点：①反应条件为光照，在室温或暗处，二者均不发生反应，也不能用阳光直射，否则会发生爆炸；②反应物必须用卤素单质，甲烷与卤素单质的水溶液不反应；③该反应是连锁反应，即第一步反应一旦开始，后续反应立即进行，因此产物是五种物质的混合物，其中HCl的量最多；④1 mol氢原子被取代，消耗1 mol Cl2，同时生成1 mol HCl，即参加反应的Cl有一半进入有机产物中，另一半进入HCl。
（3）存在和用途
①甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。
②天然气是一种高效、低耗、污染小的清洁能源，还是一种重要的化工原料。
甲烷在光照条件下与氯气反应生成的4种取代产物的比较：
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1．下列关于甲烷的叙述正确的是
A．甲烷分子的立体构型是正四面体，所以，CH2Cl2有两种不同构型
B．甲烷可以与氯气发生取代反应，因此，可以使氯水褪色
C．甲烷能够燃烧，在一定条件下会发生爆炸，因此，是矿井安全的重要威胁之一
D．甲烷能使酸性KMnO4溶液褪色
2．一定质量的甲烷燃烧后得到的产物为CO、CO2和水蒸气，此混合气体质量为49.6 g，当其缓慢经过无水CaCl2时，CaCl2增重25.2 g，则原混合气体中CO2的质量为
A．12.5 g B．13.2 g C．19.7 g D．24.4 g
3．利用甲烷与氯气发生取代反应的副产品生产盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组拟在实验室中模拟上述过程，所设计的装置如图所示：
（1）A中制取Cl2的反应的化学方程式是 。
（2）B装置的作用：① ；② ；③ 。
（3）D装置中的石棉上吸附着潮湿的KI，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．吸收氯化氢
（5）E装置中除了有盐酸生成外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法是 。
（6）将1 mol CH4与Cl2发生取代反应，测得4种有机取代产物的物质的量相等，则消耗的氯气的物质的量是 。
答案
1．【答案】C
【解析】A项，由于甲烷是正四面体结构，四个顶点中任意两个氢原子都是相邻关系，故CH2Cl2只有一种构型。B项，CH4只能跟氯气在光照下反应，与氯水不反应。D项，CH4比较稳定，不能被酸性KMnO4溶液氧化。
2．【答案】B
【解析】CaCl2增重25.2 g为水的质量，n(H2O)= =1.4 mol ，根据氢元素守恒得：n(CH4)=0.7 mol。
设CO2、CO的物质的量分别为x、y。
解得：
m(CO2) = 0.3 mol ×44 g·mol−1 =13.2 g
3．【答案】（1）MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
（2）控制气流速度 使气体混合均匀 干燥气体
（3）除去过量的Cl2 （4）C （5）分液 （6）2.5 mol
【解析】（1）MnO2能与HCl(浓)发生氧化还原反应生成MnCl2和Cl2。
（2）制备的氯气中含有水蒸气，可用浓硫酸除去，B装置的作用是干燥气体、使气体混合均匀、通过观察气泡来控制气流速度。
（3）氯气能将碘化钾氧化为碘单质，湿润的KI可除去过量的氯气。
（4）E装置用来吸收产生的HCl，并防止倒吸现象的发生。
（5）E装置中除了有盐酸生成外，还含有二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳不溶于水，能分层，可通过分液分开。
（6）1 mol CH4生成等物质的量的4种取代产物，即0.25 mol CH3Cl、0.25 mol CH2Cl2、0.25 mol CHCl3、0.25 mol CCl4，则所需n(Cl2)=0.25 mol×1+0.25 mol×2+0.25 mol×3+0.25 mol×4=2.5 mol。
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