Question

【题目】一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构的水合物晶体，CH4与H2O形成的水合物俗称“可燃冰”。

（1）“可燃冰”晶体中平均每46个H2O分子构建8个笼，其中6个笼分别容纳1个CH4分子，另外2个笼分别容纳1个H2O分子，则“可燃冰”平均组成可表示为________(填化学式)。

（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

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

（3）科学家提出用CO2“置换”CH4开采海底“可燃冰”的设想，提出该设想的理论依据是________。

（4）图中显示，CO2·nH2O的生产速率明显大于 CH4·nH2O释放出的速率，其原因是________。

（5）利用CO2的弱氧化性，开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺。该工艺可采用铬的氧化物为催化剂，其反应机理如图。

①反应(i)的化学方程式为________。

②该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭，维持催化剂活性，原因是________。

Answer 1

【答案】CH4·8H2O -3.49 CO2置换 CH4.nH2O（s)的反应△H<0，在一定温度下可自发进行 CO2·nH2O除置换反应生成外，还存在CO2与H2O结生成CO2·nH2O的反应 3C3H8+2CrO33C3H6+Cr2O3+3H2O 碳与CO2反应生成CO，脱离催化剂表面

【解析】

（1）根据“可燃冰”的晶体结构得到化学式；

（2）由盖斯定律计算；

（3）根据ΔG=ΔH-TΔS<0，反应可自发进行进行判断；

（5）①反应ⅰ中反应物为C3H8和CrO3，生成物为C3H6、H2O和Cr2O3；

②由于C能与CO2反应生成CO进行解释。

（1）由“可燃冰”的晶体结构可知，一个“可燃冰”晶体结构中含有6个CH4分子和48个H2O分子，因此其平均组成可表示是为CH4·8H2O；

（2）由盖斯定律可得，反应“CO2(g)+CH4·nH2O（s)=CH4（g)+CO2·nH2O(s)”的反应热ΔH=(-57.98kJ/mol)-(-54.94kJ/mol)=-3.49kJ/mol；

（3）由于该反应的ΔH<0，因此在一定条件下，可满足ΔH-TΔS<0，反应可自发进行，因此可用CO2置换CH4开采海底“可燃冰”；

（4）由于CO2能与H2O反应生成CO2·nH2O，因此CO2·nH2O的生成速率明显大于CH4·nH2O的释放速率；

（5）①由反应机理图可知，反应ⅰ中反应物为C3H8和CrO3，生成物为C3H6、H2O和Cr2O3，因此该反应的化学方程式为：3C3H8+2CrO3=3C3H6+Cr2O3+3H2O；

②由于C能与CO2反应生成CO，因此该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭，维持催化剂的活性。