鲁科版 (2019)必修 第二册第1节 认识有机化合物精品第1课时习题

第3章简单的有机化合物

第1节　认识有机化合物

第1课时　认识有机化合物的一般性质　碳原子的成键特点

合格考达标练

1.(2021北京昌平区高一期末)2021年5月15日,我国首次火星探测任务天问一号探测器在火星着陆,在火星上首次留下中国印记,迈出了我国星际探测征程的重要一步。天问一号利用正十一烷(分子式为C11H24)储存能量,下列关于正十一烷说法不正确的是(　　)

A.正十一烷属于有机化合物

B.正十一烷属于烃的衍生物

C.正十一烷与甲烷属于同系物

D.正十一烷中的碳原子均形成4个共价单键

答案B

解析正十一烷属于烷烃,属于有机化合物,故A正确;正十一烷属于烷烃,不属于烃的衍生物,故B错误;正十一烷与甲烷都属于烷烃,两者结构相似、分子组成上相差10个“CH2”,互为同系物,故C正确;正十一烷属于烷烃,因此正十一烷的碳原子均形成4个共价单键,故D正确。

2.乙烷与氯气反应得到的有机产物最多有(　　)

A.10种 B.9种 C.8种 D.7种

答案B

解析乙烷的一氯取代物和五氯取代物种数相同,各有1种,二氯取代物和四氯取代物种数相同,各有2种,三氯取代物有2种,六氯取代物有1种,所以共有9种。

3.下列事实中能证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构的是(　　)

A.CH3Cl只代表一种物质

B.CH2Cl2只代表一种物质

C.CHCl3只代表一种物质

D.CCl4只代表一种物质

答案B

解析对于甲烷的正四面体结构,因为其4个顶点的位置完全相同,所以它的一氯代物(CH3Cl)、二氯代物(CH2Cl2)、三氯代物(CHCl3)、四氯代物(CCl4)都只有一种。而如果甲烷是平面正方形结构,虽然4个C—H键都完全相同,但4个角上的氢原子的位置关系可能相邻,也可能相间,CH2Cl2应有两种。但实际上CH2Cl2只有一种结构,所以CH2Cl2只代表一种物质可说明甲烷为正四面体结构。

4.室温下,下列关于甲烷与Cl2的取代反应所得产物的说法正确的是(　　)

A.都是有机物

B.都不溶于水

C.有一种气态物质,其余均是液体

D.除一种物质外其余均是四面体结构

答案D

解析甲烷与Cl2反应的产物中有HCl,HCl不是有机物,且易溶于水;产物中HCl、CH3Cl是气态物质;除HCl外,其余产物均为四面体结构。

5.下列关于碳原子的成键特点及成键方式的理解,正确的是(　　)

A.饱和有机物中碳原子不能发生化学反应

B.碳原子只能与碳原子形成不饱和键

C.任何有机物中氢原子数目不可能为奇数

D.5个碳原子之间能够形成五个碳碳单键

答案D

解析烷烃中的碳原子都是饱和碳原子,饱和碳原子能发生取代反应,故A错误;碳原子与碳原子可以形成不饱和键,如烯烃,也可以形成饱和键,如烷烃,故B错误;有的有机物分子中含有奇数个氢原子,如一氯甲烷、三氯甲烷等,故C错误;5个碳原子可以形成碳环,可以带支链,也可以不带支链,两种情况都含有5个C—C单键,故D正确。

6.下列各项表达正确的是(　　)

A.氟原子的结构示意图:

B.CO2的分子模型示意图:

C.CCl4的电子式:Cl

D.CH4 的结构式:

答案D

解析氟原子的结构示意图为,CO2分子中三个原子在一条直线上,CCl4的电子式为。

7.下列说法正确的是(　　)

A.1H、2H、3H互为同素异形体

B.O2、O3互为同位素

C.HClO和H—O—Cl为两种物质

D.CH4和CH3CH3都属于烷烃

答案D

解析A项中三者互为同位素,错误;B项中二者互为同素异形体,错误;C项中为次氯酸的分子式和结构式,为同一种物质,错误;D项中甲烷和乙烷都属于烷烃,正确。

8.(1)某气态烃A在标准状况下的体积为2.8 L,其质量为2 g,该烃中氢元素的质量分数为25%,则该烃的分子式为　　　　,电子式为　　　　,结构式为　　　　,其空间构型为　　　　。 

(2)烷烃B中含有200个氢原子,则烃B的分子式为　　　　　。 

(3)烷烃C的分子中含有22个共价键,则烃C的分子式为　　　　　。 

(4)若把CH4分子放在一个立方体中,其中一个氢原子在立方体的顶点,如下图所示,试在该立方体中用画出另外三个氢原子的位置,并用短线与碳原子相连。

答案(1)CH4　H　　正四面体形　(2)C99H200　(3)C7H16　(4)

解析(1)烃A的物质的量为=0.125 mol,A物质的摩尔质量M==16 g·mol-1;1 mol 烃A中含氢原子的物质的量为n(H)==4 mol;1 mol烃A中含碳原子的物质的量为n(C)==1 mol,所以该烃的分子式为CH4。

(2)根据烷烃的通式CnH2n+2可得,2n+2=200,则n=99,烷烃B的分子式为C99H200。

(3)在烷烃分子中,n个碳原子形成n-1个碳碳单键,(2n+2)个氢原子形成(2n+2)个碳氢键,因此共价键数为n-1+2n+2=22,n=7,则烷烃C的分子式为C7H16。

(4)甲烷分子为正四面体形结构,分子中四个C—H键长度相等,除已经画出的碳氢键,另外三个C—H键中的氢原子的位置应该在立方体的顶点。在甲烷分子的正四面体中,任意三个氢原子可构成一个平面正三角形,因此立方体中CH4的结构为:。

等级考提升练

9.下列关于甲烷的说法不正确的是(　　)

A.甲烷的分子式是CH4,是氢元素质量分数含量最高的烃

B.甲烷中最多三个原子共面

C.CCl4可由CH4制得,CCl4可萃取碘水中的碘

D.1 mol甲烷和氯气光照充分反应,最多消耗2 mol氯气

答案D

解析甲烷的分子式是CH4,甲烷是氢元素质量分数含量最高的烃,故A正确;甲烷是正四面体结构,最多三个原子共面,故B正确;四氯化碳是甲烷的完全取代产物,可由CH4制得,是一种有机溶剂,和水互不相溶,碘在其中的溶解度大于在水中的溶解度,CCl4可萃取碘水中的碘,故C正确;甲烷分子中的四个氢原子均可以被氯原子取代,1 mol甲烷中有4 mol氢原子,甲烷和氯气光照充分反应,1 mol甲烷最多消耗4 mol氯气,故D错误。

10.如图中的大黑点代表原子序数为1~18的元素的原子实(原子实是原子除最外层电子后剩余的部分),小黑点代表未用于形成共价键的最外层电子,短线代表共价键。下列各图表示的结构与化学式一定不相符的是              (　　)

答案C

解析氨气分子中氮原子与氢原子形成三个共价键,还有一个孤电子对,故A正确;乙烯分子中碳原子与碳原子形成碳碳双键,是平面结构,故B正确;四氯化碳分子中氯原子的最外层还有三个孤电子对未画出,正确的图式为,故C错误;二氧化碳分子中碳原子分别与两个氧原子形成2个共价键,每个氧原子还有2个孤电子对,故D正确。

11.下列关于CH4和的叙述不正确的是(　　)

A.均能用组成通式CnH2n+2来表示

B.二者均为烷烃,在光照条件下均可与Cl2发生取代反应

C.分子中的碳原子可能共平面

D.二者都是饱和烃

答案C

解析因二者均为烷烃,都符合通式CnH2n+2,都是饱和烃,都可与Cl2发生取代反应,A、B、D正确;根据甲烷的正四面体结构推断,分子中间碳原子连接3个碳原子和一个氢原子,呈四面体形结构,则四个碳原子不可能共平面,C错误。

12.(双选)下列叙述中正确的是(　　)

A.含5个碳原子的有机物,每个分子中最多可形成4个C—C键

B.正戊烷分子中所有原子均在一条直线上

C.碳碳间以单键结合,碳原子剩余价键全部与氢原子结合的烃不一定符合通式CnH2n+2

D.分子式为C3H8与C6H14的两种有机物一定互为同系物

答案CD

解析碳原子可以形成碳链,无论带支链,还是不带支链,5个碳原子的有机物都含有4个C—C单键;碳原子可以形成碳环,可以带支链,也可以不带支链,5个碳原子的有机物都含有5个C—C单键,故A错误;正戊烷分子中,甲基中的原子形成立体结构,正戊烷也是立体结构的有机物,所以正戊烷分子中所有原子在一条直线上是错误的,故B错误;不仅饱和链烃中只含有C—C单键与C—H单键,环烷烃中也只含有C—C单键与C—H单键,故C正确;满足通式为CnH2n+2的有机物是烷烃,互为同系物,所以分子式为C3H8与C6H14的两种有机物一定互为同系物,故D正确。

13.(2018全国2,9)实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。

光照下反应一段时间后,下列装置示意图中能正确反映实验现象的是(　　)

答案D

解析CH4和Cl2反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl的混合物,其中CH3Cl常温下是气体,难溶于水,CH2Cl2、CHCl3和CCl4常温下是无色油状液体,难溶于水,HCl极易溶于水,故试管内气体体积减小,颜色变淡,液面上升,试管壁上有无色油状液滴出现,D项正确。

14.分析下表中的排布规律,按此规律C8H18排布在表中应为(　　)

A.第24号 B.第25号

C.第26号 D.第27号

答案C

解析根据表格中所给的项目可知,每四个为一个周期,每一个周期中四种物质的碳原子数均相同,且碳原子数均比周期数多1,由于C8H18的碳原子数为8,故为第七个周期中第2种物质,其所在的位置为4×6+2=26,故选C。

15.如图是部分烃的球棍模型(小球代表氢原子,大球代表碳原子),请回答下列问题:

(1)写出Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ五种烃分子的结构简式:　　　　　　　、　　　　　　　、　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　。 

(2)Ⅰ分子呈　　　　　　　　形结构,两碳氢键之间的夹角为　　　　　。 

(3)Ⅰ和Ⅱ在常温下　　　　(填“是”或“不是”)气态。 

(4)根据Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分子的结构特点可知,有机物分子中碳原子之间不仅可以形成单键,还可以形成　　　　　　。 

答案(1)CH2CH2　CH≡CH

CH3—CH2—CH2—CH3　

CH3—CH2—CH2—CH2—CH3

(2)正四面体　109°28'

(3)是　(4)双键、三键

解析(1)Ⅰ为CH4,Ⅱ为CH2CH2,Ⅲ为CH≡CH,Ⅳ为CH3—CH2—CH2—CH3,Ⅴ为,Ⅵ为

CH3—CH2—CH2—CH2—CH3。

(2)CH4分子为正四面体形结构,相邻化学键之间的夹角为109°28'。

(3)CH4和CH2CH2在常温下均为气体。

(4)由题给有机物的球棍模型可知,碳原子之间不仅可以形成单键,还可以形成双键、三键。

16.

如图所示,U形管的左端被水和胶塞封闭有甲烷和氯气(体积比为1∶4)的混合气体,假定氯气在水中的溶解度可以忽略。常温下,将封闭有甲烷和氯气混合气体的装置放置在有光亮的地方,让混合气体缓慢地反应一段时间。

(1)假设甲烷与氯气反应充分,且只产生一种有机物,请写出反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)若题目中甲烷与氯气的体积比为1∶1,则得到的产物为　　　　　。 

A.CH3Cl、HCl

B.CCl4、HCl

C.CH3Cl、CH2Cl2

D.CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、HCl

(3)经过几个小时的反应,U形管右端水柱的变化是　　　　　　　　　　。 

A.升高 B.降低

C.不变 D.无法确定

(4)若水中含有Na2SiO3,则在U形管左端会观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　。 

(5)右端玻璃管的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案(1)CH4+4Cl2CCl4+4HCl

(2)D　(3)B　(4)有白色胶状沉淀生成　(5)平衡气压

解析(1)因Cl2足量,若充分反应且只产生一种有机物,则CH4中的氢原子可完全被取代,生成CCl4和HCl,化学方程式为CH4+4Cl2CCl4+4HCl。

(2)甲烷与氯气的取代反应是一种连锁反应,第一步反应一旦开始,后续反应立即进行,因此四步反应均发生,故得到4种氯代产物和HCl。

(3)甲烷和氯气在光照的条件下发生取代反应,U形管左侧生成的氯化氢气体易溶于水,该条件下除CH3Cl外其他3种氯代物均为液体,气体压强减小,则U形管右侧液面降低,左侧液面升高。

(4)因左侧生成的HCl溶于水后发生反应2HCl+Na2SiO3H2SiO3↓+2NaCl,所以可观察到有白色胶状沉淀生成。

(5)为了平衡气压,所以在U形管右侧插入了一支玻璃管。

新情境创新练

17.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)A中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　 

(2)B装置有三种功能:①均匀混合气;②干燥混合气体;③　　　　　　　。 

(3)设=x,若理论上欲获得最多的氯化氢,则x值应≥　　　　　　。 

(4)E装置的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(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,写出生成黑色小颗粒的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(6)D装置中的石棉上放较多的KI粉末,其作用为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(7)E装置除生成盐酸外,还含有有机物,从E中分离出有机物的最佳方法为　　　　　　。 

答案(1)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O

(2)控制气流速度(或调整混合气的比例)

(3)4

(4)吸收氯化氢和防止倒吸

(5)CH4+2Cl2C+4HCl　(6)除去未反应的氯气

(7)分液

解析(1)加热条件下,浓盐酸和二氧化锰反应生成氯化锰、氯气和水,反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。

(2)B装置可以均匀混合气、干燥混合气体和控制气流速度(或调整混合气的比例)。

(3)根据甲烷与氯气的反应可知欲获得较多的HCl,也就是使甲烷中的氢原子全部转化为HCl,此时消耗的氯气的物质的量至少是甲烷物质的量的4倍。

(4)E能吸收氯化氢且能防止倒吸,所以E装置的作用是吸收氯化氢和防止产生倒吸。

(5)由题意可知,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——炭黑,说明光照条件下,氯气和甲烷发生取代反应生成黑色小颗粒碳和氯化氢,反应方程式为CH4+2Cl2C+4HCl。

(6)氯气能将碘化钾氧化为碘单质,KI饱和溶液及KI粉末可除去过量的未反应的氯气。

(7)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都不溶于水,能分层,可用分液的方法分离出有机物。