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 4/5: Độ sâu 372 m ở Baikal
← TrướcTiếp →
ΔHliq=17.47+6×6.01=53.53 kJ mol−1;1T=1T0+RΔHln⁡p0p⇒T(372 m)=277.3 K≈4∘C\Delta H_{liq} = 17.47 + 6 \times 6.01 = 53.53\ \text{kJ mol}^{-1};\quad \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{T_0} + \dfrac{R}{\Delta H}\ln\dfrac{p_0}{p} \Rightarrow T(372\ \text{m}) = 277.3\ \text{K} \approx 4^\circ\mathrm{C}
Phân tích

Với phân huỷ thành nước lỏng, Hess cộng nhiệt nóng chảy của 6 mol đá: ΔH=53.53\Delta H = 53.53 kJ mol−1^{-1}. Từ điểm cùng tồn tại T0=272.9T_0 = 272.9 K, p0=2.58p_0 = 2.58 MPa và p(372 m)=1000×9.8×372+101000=3.75p(372\,\text{m}) = 1000 \times 9.8 \times 372 + 101000 = 3.75 MPa, phương trình tích phân cho T=277.3T = 277.3 K.