Question

（1）有下列几组物质或微粒：A.H和H；B.甲烷和乙烷；C.红磷和白磷；D.金刚石、石墨和C₆₀；E.丁烷和异丁烷；F.和

其中，属于同分异构体的是__；属于同位素的是__；属于同素异形体的是__；属于同一种物质的是___；属于同系物的是___。（填字母编号）

（2）写出分子中碳原子数小于10，一氯代物只有一种结构的所有烷烃的结构简式：___、___、___、___。

（3）把1molCH₄和一定量Cl₂组成的混合气体通入大试管中，将此试管倒立在盛有饱和食盐水的水槽中，放在光亮处，回答下列问题：

I.在反应结束后，试管内的产物最多的是___，空间构型呈正四面体的产物为___（填化学式），写出由甲烷直接生成该物质的化学方程式：___。

II.若（3）中甲烷完全反应，且生成的四种有机产物的物质的量相同，则反应消耗的Cl₂的物质的量为___。

Answer

E A C、D F B CH4 CH3CH3 C(CH3)4 (CH3)3CC(CH3)3 HCl CCl4 CHCl3+4Cl2CCl4+4HCl 2.5mol

【解析】

根据四同的基本概念进行分析；根据分子的对称性分析一氯代物只有一种的烷烃；根据取代反应的特点分析甲烷和氯气的反应。

(1)A.H和H属于H元素的不同原子，两者互为同位素；

B.甲烷和乙烷属于分子组成相同、结构相同的烷烃，两者互为同系物；

C.红磷和白磷属于磷元素的不同单质，两者互为同素异形体；

D.金刚石、石墨和C60均属于碳元素的不同单质，其互为同素异形体；

E.丁烷和异丁烷分子式相同，但是结构不同，两者互为同分异构体；

F.和均为3-甲基戊烷，属于同一种物质；

综上所述，属于同分异构体的是E；属于同位素的是A；属于同素异形体的是CD；属于同一种物质的是F；属于同系物的是B。

(2)一氯代物只有一种结构的烷烃，其分子结构一定是高度对称的，如CH4分子中的4个H完全等同，CH3CH3分子中的6个H原子完全等同，同理，将CH4和CH3CH3分子中的所有H原子换为-CH3，则其分子中的H原子仍然是完全等同的，因此，分子中碳原子数小于10，一氯代物只有一种结构的烷烃共有4种，分另是CH4、CH3CH3、C(CH3)4、(CH3)3CC(CH3)3。

(3)把1molCH4和一定量Cl2组成的混合气体通入大试管中，将此试管倒立在盛有饱和食盐水的水槽中，放在光亮处。

I. 两者在光照的条件下发生4步取代反应，每一步都有HCl生成，有机产物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷。因此，在反应结束后，试管内的产物最多的是HCl（尽管其溶于水成为盐酸，但是这种产物最多仍成立），空间构型呈正四面体的产物是四氯甲烷，其分子式为CCl4，由甲烷直接生成该物质的化学方程式为CHCl3+4Cl2CCl4+4HCl。

II.若(3)中甲烷完全反应且生成的四种有机产物的物质的量相同，则一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷的物质的量均为0.25mol，由于每取代一个H原子需要一个Cl2分子，故反应消耗的Cl2的物质的量为0.25mol+0.25mol 2+0.25mol 3+0.25mol4= 2.5mol 。