Question

（9分）Ar、Xe、CH₄、Cl₂等分子能和水形成气体水合物晶体。在这种晶体中，水分子形成三维氢键骨架体系。在骨架中有空穴，它可以容纳这些气体小分子形成笼型结构。

4-1  甲烷的气体水合物晶体成为可燃冰。已知每1m³这种晶体能释放出164m³的甲烷气体。试估算晶体中水与甲烷的分子比。（不足的数据由自己假定，只要假设合理均按正确论）

4-2  X－射线衍射分析表明，该晶体属于立方晶系a＝1200pm。晶胞中46个水分子围成两个五角十二面体和六个稍大的十四面体（2个六角形面，12个五角形面），八个CH₄分子可以进入这些多面体笼中。计算甲烷和水的分子数之比和该晶体的密度。

4-3  已知Cl₂的气体水合物晶体中，Cl₂和H₂O的分子数之体为18，在其晶体中水分子所围成的笼型结构与可燃冰相同。推测它的结构。

Answer 1

4-1  假设甲烷气体体积果折合成标准状况下的数据，为7.32 kmol。设甲烷水合物晶体的密度与冰密度是相同的，为1g/cm³，则其中的水有：55.56 kmol，因此：CH₄H₂O＝17.6。说明：甲烷水合物的组成可能是6CH₄?46H₂O。以上是最简单的参考答案，只要答案为CH?7～9H₂O，均可按满分计。（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，十四面体笼填入6个Cl₂，2H₂O进入十二面体笼。（3分）