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 3/5 步：最小稳定深度
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Tmin⁡=272.9 K ⇒ p=2.58 MPa;h=p−patmρ(HX2O) g=2.58−0.1011000×9.8≈250 mT_{\min} = 272.9\ \text{K}\ \Rightarrow\ p = 2.58\ \text{MPa};\quad h = \dfrac{p - p_{atm}}{\rho(\ce{H2O})\,g} = \dfrac{2.58 - 0.101}{1000 \times 9.8} \approx 250\ \text{m}
分析

水合物、液态水与甲烷共存的最低温度出现在冰刚能出现的四相点附近：272.9 K（熔点随压强略降）。该处解离压为 2.58 MPa，相当于约 250 m 水柱。

常见错误. 不要取 273.15 K：压强降低冰的熔点，故液态水可在略低于此温度存在，同时水合物仍稳定。