题目内容

3．甲烷是天然气、沼气、油田气、煤矿坑道气的主要成分，是一种清洁能源和重要的化工原料．
（1）甲烷分子是以碳原子为中心的空间正四面体结构，而不是平面正方形的结构，理由是C；
A．CH4分子中4个共价键的键长相等  B．CH3Cl只代表一种物质
C．CH2Cl2只代表一种物质              D．CHCl3分子中有2种共价键
（2）甲烷与氯气在光照条件下可发生取代反应，其中生成气态有机产物的化学方程式为CH4+Cl2$\stackrel{光}{→}$CH3Cl+HCl．四种有机产物中分子空间结构为正四面体、可用作高效灭火剂的是CCl4；
（3）在一定条件下，下列物质可与甲烷发生反应的是D；
A．KMnO4酸性溶液     B．浓硫酸     C．NaOH溶液      D．Br2
（4）将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即可构成甲烷燃料电池，其中负极的电极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-．

分析 （1）如果甲烷是正方形的平面结构，而CH2Cl2有两种结构：相邻或者对角线上的氢被Cl取代，而实际上，其二氯取代物只有一种结构，因此只有正四面体结构才符合；
（2）甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应生成气体有机产物一氯甲烷；可用作灭火剂的是四氯化碳；
（3）甲烷是正四面体结构，甲烷分子中每个原子都达到稳定结构，所以甲烷性质稳定，不与强酸、强碱、强氧化剂反应，能够与氯气在光照条件下发生取代反应，据此解答；
（4）碱性燃料电池中，负极上甲烷放电生成碳酸根，正极上氧气放电生成氢氧根，据此写出电极反应式．

解答 解：（1）A、甲烷无论是正四面体结构，还是正方形，四个键的键长都相等，故A错误；
B、甲烷无论是正四面体结构，还是正方形结构，CH3Cl均只有一种结构，故CH3Cl只有一种结构，不能说明甲烷的空间构型，故B错误；
C、甲烷是正方形的平面结构，而CH2Cl2有两种结构：相邻或者对角线上的氢被Cl取代，而实际上，其二氯取代物只有一种结构，因此只有正四面体结构才符合，故C正确；
D、无论甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，还是平面正方形结构，CHCl3都不存在同分异构体，故D错误；
故选C．
（2）甲烷和氯气在光照条件下发生取代反应生成气体有机产物一氯甲烷，故反应为CH4+Cl2 $\stackrel{光}{→}$ CH3Cl+HCl；可用作灭火剂的是四氯化碳，化学式为 CCl4
，故答案为：CH4+Cl2 $\stackrel{光}{→}$ CH3Cl+HCl； CCl4；
（3）A．甲烷不能被酸性高锰酸钾氧化，故A错误．
B．甲烷性质稳定与浓硫酸不反应，故B错误；
C．甲烷性质稳定不能与氢氧化钠溶液反应，故C错误；
D．甲烷和溴蒸汽在光照条件下发生取代反应，故D正确．
故选D．
（4）碱性甲烷燃料电池，具有还原性的甲烷为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，通入氧气的一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；O2+2H2O+4e-=4OH-；

点评 本题考查有机反应的书写和碱性甲烷电池的工作原理，题目难度不大，本题中注意把握电极反应式的书写，正确判断两极的化学反应，在学习中注意积累电子、电流、离子的流向．

练习册系列答案
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