Question

【題目】天然氣是一種清潔能源和重要化工原料。

（1）下列事實能說明CH4分子呈正四面體結構的是___(填字母)。

A.CH4分子的4個C—H共價鍵鍵長相等

B.CH4分子中每個鍵角都是109°28′

C.CH2F2沒有同分異構體

D.CCl4的沸點高于CH4的

（2）甲烷與下列烴的通式相同的是___(填字母)。

（3）已知斷裂幾種化學鍵要吸收的能量如下：

化學鍵	C—H	O=O	C=O	H—O
斷裂1mol鍵吸收的能量/kJ	415	497	745	463

16gCH4在O2中完全燃燒生成氣態CO2和氣態水時___(填吸收”或放出”)約___ kJ熱量。

（4）天然氣/空氣燃料電池中，若KOH為電解質，負極反應式為___。等質量的甲烷分別以稀硫酸、KOH溶液為電解質溶液完全放電時，理論上提供的電能之比為___。

Answer 1

【答案】B、C c、d 放出 688 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 1∶1

【解析】

(1)因為甲烷中4個C-H鍵完全相同，若各共價鍵達到靜電平衡使分子結構穩定只能是平面正方形或者正四面體結構，

A．若甲烷為平面正方形，其C—H共價鍵鍵長也相等，故A錯誤；

B．若甲烷為平面正方形，則鍵角為90°，而CH4分子中每個鍵角都是109°28′，說明其為正四體結構，故B正確；

C．若甲烷為平面正方形，則CH2F2應有兩種結構，而實際上CH2F2沒有同分異構體，說明甲烷的空間結構為正四面體，故C正確；

D．CCl4的沸點高于CH4是因為二者均為分子晶體，分子晶體的相對分子質量越大，分子間作用力越強，沸點越高，與甲烷的空間構型無關，故D錯誤；

綜上所述選BC；

(2)甲烷為烷烴，烷烴的通式為CnH2n+2；a為乙烯，分子式為C2H4，不符合烷烴通式；b為苯，分子式為C6H6，不符合烷烴通式；c、d分子式均為C4H10，符合烷烴通式，所以選cd；

(3)焓變=反應物鍵能之和-生成物鍵能之和，則熱化學反應方程式CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=415kJmol-1×4+497kJmol-1×2-(745kJmol-1×2+463kJmol-1×4)=-688 kJmol-1，焓變小于0為放熱反應，16g甲烷的物質的量為1mol，所以16gCH4在O2中完全燃燒生成氣態CO2和氣態水時放出688kJ能量；

(4)天然氣/空氣燃料電池中，CH4被氧化，O2被還原，原電池中負極發生氧化反應，電解質溶液為堿性溶液，所以負極反應為：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；等質量的甲烷分別以稀硫酸、KOH溶液為電解質溶液完全放電時，轉移的電子數相同，提供的電能之比為1:1。