Chemistry Labs

Bài 1

Kịch bản “khẩu súng clathrate”: hydrat metan dưới đáy đại dương có thể phân huỷ bùng nổ khi đại dương nóng lên. Khi phân huỷ 1.00 g hydrat metan có thành phần cố định ở 25 °C và 101.3 kPa, giải phóng 205 cm3^3 metan. (a) Xác định nn trong CHX4 ⋅n HX2O\ce{CH4 \cdot n H2O}. (b) Hydrat thực gần với CHX4 ⋅6 HX2O\ce{CH4 \cdot 6 H2O}, bền ở 1 atm xuống tới nhiệt độ phân huỷ −81-81 °C; viết phương trình phân huỷ thành metan và nước đá, ΔH=+17.47\Delta H = +17.47 kJ mol−1^{-1}. Giả sử ΔH\Delta H không phụ thuộc T và p, thể tích biến đổi bằng thể tích metan thoát ra, và metan là khí lý tưởng, tìm áp suất ngoài để phân huỷ xảy ra ở −5-5 °C. (c) Độ sâu tối thiểu có thể của nước lỏng tinh khiết để hydrat metan bền là bao nhiêu? Trước hết chọn nhiệt độ tối thiểu để hydrat cùng tồn tại với nước lỏng: 272.9 K, 273.15 K hay 273.4 K. (d) Ở hồ Baikal, mẫu hydrat nâng từ 1400 m bắt đầu phân huỷ ở độ sâu 372 m (ΔfusH\Delta_{fus}H(đá) = 6.01 kJ mol−1^{-1}); tìm nhiệt độ nước ở 372 m. (e) Tổng metan trong hydrat ≥5×1011\geq 5 \times 10^{11} t; khí quyển Trái Đất nóng lên bao nhiêu độ nếu toàn bộ cháy hết (ΔcH(CHX4)=−889\Delta_c H(\ce{CH4}) = -889 kJ mol−1^{-1}, nhiệt dung khí quyển 4×10214 \times 10^{21} J K−1^{-1})?
Bước 2/5: Áp suất phân ly ở −5 °C
← TrướcTiếp →
Trực giác

Áp suất cao làm bền lồng clathrate, nên làm nóng hydrat đòi áp suất cân bằng của metan cao hơn.

CHX4 ⋅6 HX2O(s)→CHX4(g)+6 HX2O(s)  ΔH=+17.47 kJ mol−1;ln⁡pp0=ΔHR(1T0−1T)⇒p(−5∘C)=22 atm≈2.2 MPa\ce{CH4 \cdot 6H2O(s) -> CH4(g) + 6H2O(s)}\ \ \Delta H = +17.47\ \text{kJ mol}^{-1};\quad \ln\dfrac{p}{p_0} = \dfrac{\Delta H}{R}\left(\dfrac{1}{T_0} - \dfrac{1}{T}\right) \Rightarrow p(-5^\circ\mathrm{C}) = 22\ \text{atm} \approx 2.2\ \text{MPa}
Phân tích

Với ΔV≈VCHX4=RT/p\Delta V \approx V_{\ce{CH4}} = RT/p, Clausius–Clapeyron thu về dln⁡p/dT=ΔH/(RT2)d\ln p/dT = \Delta H/(RT^2). Tích phân giữa T0=192.15T_0 = 192.15 K, p0=1p_0 = 1 atm và T=268.15T = 268.15 K cho p=22p = 22 atm.