Question

【題目】科學(xué)家正在研究溫室氣體CH4和CO2的轉(zhuǎn)化和利用。

(1)CH4和CO2所含的三種元素電負性從小到大的順序為_____________________________。

(2)下列關(guān)于CH4和CO2的說法正確的是_______________(填序號)。

a．固態(tài)CO2屬于分子晶體

b．CH4分子中含有極性共價鍵，是極性分子

c．因為碳氫鍵鍵能小于碳氧鍵，所以CH4熔點低于CO2

d． CH4和CO2分子中碳原子的雜化類型分別是sp3和sp

(3)一定條件下，CH4和CO2都能與H2O形成籠狀結(jié)構(gòu)(如圖所示)的水合物晶體，其相關(guān)參數(shù)見下表．CH4與H2O形成的水合物俗稱“可燃冰”

分子	分子直徑	分子與H2O 的結(jié)合能E(kJ/mol)
CH4	0.436	16.40
CO2	0.512	29.91

①“可燃冰”中分子間存在的2種作用力是_______________________________________。

②為開采深海海底的“可燃冰”，有科學(xué)家提出用CO2置換CH4的設(shè)想．已知圖中籠狀結(jié)構(gòu)的空腔直徑為0.586nm，根據(jù)上述圖表，從物質(zhì)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的角度分析，該設(shè)想的依據(jù)是____________________________________________________________________。

Answer 1

【答案】H＜C＜O ad 氫鍵、范德華力 二氧化碳的分子直徑小于籠狀結(jié)構(gòu)的空腔直徑，而且CO2與水分子之間可形成氫鍵，CH4與水分子之間不能形成氫鍵，CO2結(jié)合水分子能力大于CH4

【解析】

(1)元素的非金屬性越強，其電負性越大；

(2)依據(jù)二氧化碳和甲烷的結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)回答；

(3)①可燃冰中存在水分子，水分子中存在分子間作用力和氫鍵；

②依據(jù)表格得出二氧化碳的分子直徑小于0.586nm，且與水的結(jié)合能力為29.91大于16.40，據(jù)此解答即可。

(1)元素的非金屬性越強，其電負性就越大；在CH4和CO2所含的H、C、O三種元素中，元素的非金屬性由強到弱的順序是O＞C＞H，所以元素的電負性從小到大的順序為H＜C＜O；

(2) a．固態(tài)CO2是由CO2分子通過分子間作用力結(jié)合形成的分子晶體，故a正確；

b.在CH4分子中含有不同種非金屬元素形成的C—H極性共價鍵，由于該分子是正四面體型的結(jié)構(gòu)的分子，分子中正負電中心重合，因此該反應(yīng)是非極性分子，故b錯誤；

c．CH4和CO2都是由分子構(gòu)成的分子晶體，分子之間通過分子間作用力結(jié)合，分子間作用力越強，物質(zhì)的熔、沸點就越高，物質(zhì)的熔沸點高低與分子內(nèi)的化學(xué)鍵的強弱無關(guān)，故c錯誤；

d．CH4分子中碳原子的價層電子對數(shù)為4+×(4-4×1)=4，碳原子的雜化類型是sp3雜化，CO2分子中C原子的價層電子對數(shù)為2+×(4-2×2)=2，碳原子的雜化類型是sp雜化，故d正確；

故答案選ad；

(3)①“可燃冰”中分子間存在的2種作用力是范德華力和氫鍵；

②據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，籠狀空腔的直徑(0.586nm)大于CO2分子的直徑(0.512nm)，而且CO2與水分子之間可形成氫鍵，CH4與水分子之間不能形成氫鍵，CO2結(jié)合水分子能力大于CH4，因此可以實現(xiàn)用CO2置換CH4的設(shè)想。