Question

【題目】一定條件下，CH4和CO2都能與H2O形成籠狀結(jié)構(gòu)的水合物晶體，CH4與H2O形成的水合物俗稱“可燃冰”。

（1）“可燃冰”晶體中平均每46個(gè)H2O分子構(gòu)建8個(gè)籠，其中6個(gè)籠分別容納1個(gè)CH4分子，另外2個(gè)籠分別容納1個(gè)H2O分子，則“可燃冰”平均組成可表示為________(填化學(xué)式)。

（2）已知：

CO2(g)+nH2O(l)=CO2·nH2O(s) △H=-57.98kJ·moI-1

CH4(g)+nH2O(l)=CH4·nH2O(s) △H=-54.49kJ·mol-1

反應(yīng)CO2(g)+CH4·nH2O（s)=CH4（g)+CO2·nH2O(s)的△H=________kJ·mol-1

（3）科學(xué)家提出用CO2“置換”CH4開(kāi)采海底“可燃冰”的設(shè)想，提出該設(shè)想的理論依據(jù)是________。

（4）圖中顯示，CO2·nH2O的生產(chǎn)速率明顯大于 CH4·nH2O釋放出的速率，其原因是________。

（5）利用CO2的弱氧化性，開(kāi)發(fā)了丙烷氧化脫氫制丙烯的新工藝。該工藝可采用鉻的氧化物為催化劑，其反應(yīng)機(jī)理如圖。

①反應(yīng)(i)的化學(xué)方程式為________。

②該工藝可以有效消除催化劑表面的積炭，維持催化劑活性，原因是________。

Answer 1

【答案】CH4·8H2O -3.49 CO2置換 CH4.nH2O（s)的反應(yīng)△H<0，在一定溫度下可自發(fā)進(jìn)行 CO2·nH2O除置換反應(yīng)生成外，還存在CO2與H2O結(jié)生成CO2·nH2O的反應(yīng) 3C3H8+2CrO33C3H6+Cr2O3+3H2O 碳與CO2反應(yīng)生成CO，脫離催化劑表面

【解析】

（1）根據(jù)“可燃冰”的晶體結(jié)構(gòu)得到化學(xué)式；

（2）由蓋斯定律計(jì)算；

（3）根據(jù)ΔG=ΔH-TΔS<0，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行進(jìn)行判斷；

（5）①反應(yīng)ⅰ中反應(yīng)物為C3H8和CrO3，生成物為C3H6、H2O和Cr2O3；

②由于C能與CO2反應(yīng)生成CO進(jìn)行解釋。

（1）由“可燃冰”的晶體結(jié)構(gòu)可知，一個(gè)“可燃冰”晶體結(jié)構(gòu)中含有6個(gè)CH4分子和48個(gè)H2O分子，因此其平均組成可表示是為CH4·8H2O；

（2）由蓋斯定律可得，反應(yīng)“CO2(g)+CH4·nH2O（s)=CH4（g)+CO2·nH2O(s)”的反應(yīng)熱ΔH=(-57.98kJ/mol)-(-54.94kJ/mol)=-3.49kJ/mol；

（3）由于該反應(yīng)的ΔH<0，因此在一定條件下，可滿足ΔH-TΔS<0，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，因此可用CO2置換CH4開(kāi)采海底“可燃冰”；

（4）由于CO2能與H2O反應(yīng)生成CO2·nH2O，因此CO2·nH2O的生成速率明顯大于CH4·nH2O的釋放速率；

（5）①由反應(yīng)機(jī)理圖可知，反應(yīng)ⅰ中反應(yīng)物為C3H8和CrO3，生成物為C3H6、H2O和Cr2O3，因此該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3C3H8+2CrO3=3C3H6+Cr2O3+3H2O；

②由于C能與CO2反應(yīng)生成CO，因此該工藝可以有效消除催化劑表面的積炭，維持催化劑的活性。