Chemistry Labs

第 1 题

“笼合物枪”情景：海底甲烷水合物可能因海洋变暖而爆发式分解。固定组成的甲烷水合物 1.00 g 在 25 °C、101.3 kPa 下分解释放 205 cm3^3 甲烷。(a) 求 CHX4 ⋅n HX2O\ce{CH4 \cdot n H2O} 中的 nn。(b) 真实水合物接近 CHX4 ⋅6 HX2O\ce{CH4 \cdot 6 H2O}，在 1 atm 下至分解温度 −81-81 °C 稳定；写出其分解为甲烷和冰的方程式，ΔH=+17.47\Delta H = +17.47 kJ mol−1^{-1}。假设 ΔH\Delta H 与 T、p 无关，体积变化等于释放甲烷体积，甲烷为理想气体，求 −5-5 °C 时发生分解的外压。(c) 甲烷水合物能稳定存在的纯液态水最小深度是多少？先选出水合物能与液态水共存的最低温度：272.9 K、273.15 K 或 273.4 K。(d) 贝加尔湖中，从 1400 m 提升的水合物样品在 372 m 深处开始分解（ΔfusH\Delta_{fus}H（冰） = 6.01 kJ mol−1^{-1}）；求 372 m 处水温。(e) 水合物中甲烷总量 ≥5×1011\geq 5 \times 10^{11} t；若全部燃烧，地球大气升温多少度（ΔcH(CHX4)=−889\Delta_c H(\ce{CH4}) = -889 kJ mol−1^{-1}，大气热容 4×10214 \times 10^{21} J K−1^{-1}）？
第 1/5 步：水合物化学计量
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n(CHX4)=pVRT=101300×205×10−68.314×298.15=8.38×10−3 mol;n=(1.00−8.38×10−3×16)/188.38×10−3≈5.75n(\ce{CH4}) = \dfrac{pV}{RT} = \dfrac{101300 \times 205 \times 10^{-6}}{8.314 \times 298.15} = 8.38 \times 10^{-3}\ \text{mol};\quad n = \dfrac{(1.00 - 8.38 \times 10^{-3} \times 16)/18}{8.38 \times 10^{-3}} \approx 5.75
分析

理想气体定律给出每克 8.38×10−38.38 \times 10^{-3} mol CHX4\ce{CH4}；其余质量为水，4.81×10−24.81 \times 10^{-2} mol，故组成为 CHX4 ⋅5.75 HX2O\ce{CH4 \cdot 5.75 H2O}（接近结构理想的 CHX4 ⋅6 HX2O\ce{CH4 \cdot 6 H2O}）。