（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

Question

（ 9 分） Ar 、 Xe 、 CH ₄ 、 Cl ₂ 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 1m ³ 这种晶体能释放出 164m ³ 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 CH ₄ 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 Cl ₂ 的气体水合物晶体中， Cl ₂ 和 H ₂ O 的分子数之体为 1 8 ，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 /cm ³ ，则其中的水有： 55.56 kmol ，因此： CH ₄ H ₂ O ＝ 1 7.6 。说明：甲烷水合物的组成可能是 6CH ₄ ・ 46H ₂ O 。以上是最简单的参考答案，只要答案为 CH ・ 7 ～ 9H ₂ O ，均可按满分计。（ 4 分）

4-2   n （ CH ₄ ） n （ H ₂ O ）＝ 8 46 ＝ 4 23 （ 1 分）； ρ ＝ 0.92g /cm ³ 。（ 2 分）

4-3   由于 n （ Cl ₂ ）： n （ H ₂ O ）＝ 1 8 ＝ 6 48 。因此，十四面体笼填入 6 个 Cl ₂ ， 2H ₂ O 进入十二面体笼。（ 3 分）