Question

（9分）Ar、Xe、CH₄、Cl₂等分子能和水形成氣體水合物晶體。在這種晶體中，水分子形成三維氫鍵骨架體系。在骨架中有空穴，它可以容納這些氣體小分子形成籠型結(jié)構(gòu)。

4-1  甲烷的氣體水合物晶體成為可燃冰。已知每1m³這種晶體能釋放出164m³的甲烷氣體。試估算晶體中水與甲烷的分子比。（不足的數(shù)據(jù)由自己假定，只要假設(shè)合理均按正確論）

4-2  X－射線衍射分析表明，該晶體屬于立方晶系a＝1200pm。晶胞中46個水分子圍成兩個五角十二面體和六個稍大的十四面體（2個六角形面，12個五角形面），八個CH₄分子可以進入這些多面體籠中。計算甲烷和水的分子數(shù)之比和該晶體的密度。

4-3  已知Cl₂的氣體水合物晶體中，Cl₂和H₂O的分子數(shù)之體為18，在其晶體中水分子所圍成的籠型結(jié)構(gòu)與可燃冰相同。推測它的結(jié)構(gòu)。

Answer 1

4-1  假設(shè)甲烷氣體體積果折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的數(shù)據(jù)，為7.32 kmol。設(shè)甲烷水合物晶體的密度與冰密度是相同的，為1g/cm³，則其中的水有：55.56 kmol，因此：CH₄H₂O＝17.6。說明：甲烷水合物的組成可能是6CH₄?46H₂O。以上是最簡單的參考答案，只要答案為CH?7～9H₂O，均可按滿分計。（4分）

4-2  n（CH₄）n（H₂O）＝846＝423（1分）；ρ＝0.92g/cm³。（2分）

4-3  由于n（Cl₂）：n（H₂O）＝18＝648。因此，十四面體籠填入6個Cl₂，2H₂O進入十二面體籠。（3分）