Question

科学家正在研究温室气体CH₄和CO₂的转化和利用。

(1)CH₄和CO₂所含的三种元素电负性从小到大的顺序为_____________________________。

(2)下列关于CH₄和CO₂的说法正确的是_______________(填序号)。

a．固态CO₂属于分子晶体

b．CH₄分子中含有极性共价键，是极性分子

c．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH₄熔点低于CO₂

d． CH₄和CO₂分子中碳原子的杂化类型分别是sp³和sp

(3)一定条件下，CH₄和CO₂都能与H₂O形成笼状结构(如图所示)的水合物晶体，其相关参数见下表．CH₄与H₂O形成的水合物俗称“可燃冰”

分子	分子直径	分子与H2O 的结合能E(kJ/mol)
CH4	0.436	16.40
CO2	0.512	29.91

①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是_______________________________________。

②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO₂置换CH₄的设想．已知图中笼状结构的空腔直径为0.586nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是____________________________________________________________________。

Answer

H＜C＜O ad 氢键、范德华力 二氧化碳的分子直径小于笼状结构的空腔直径，而且CO2与水分子之间可形成氢键，CH4与水分子之间不能形成氢键，CO2结合水分子能力大于CH4

【解析】

(1)元素的非金属性越强，其电负性越大；

(2)依据二氧化碳和甲烷的结构以及性质回答；

(3)①可燃冰中存在水分子，水分子中存在分子间作用力和氢键；

②依据表格得出二氧化碳的分子直径小于0.586nm，且与水的结合能力为29.91大于16.40，据此解答即可。

(1)元素的非金属性越强，其电负性就越大；在CH4和CO2所含的H、C、O三种元素中，元素的非金属性由强到弱的顺序是O＞C＞H，所以元素的电负性从小到大的顺序为H＜C＜O；

(2) a．固态CO2是由CO2分子通过分子间作用力结合形成的分子晶体，故a正确；

b.在CH4分子中含有不同种非金属元素形成的C—H极性共价键，由于该分子是正四面体型的结构的分子，分子中正负电中心重合，因此该反应是非极性分子，故b错误；

c．CH4和CO2都是由分子构成的分子晶体，分子之间通过分子间作用力结合，分子间作用力越强，物质的熔、沸点就越高，物质的熔沸点高低与分子内的化学键的强弱无关，故c错误；

d．CH4分子中碳原子的价层电子对数为4+×(4-4×1)=4，碳原子的杂化类型是sp3杂化，CO2分子中C原子的价层电子对数为2+×(4-2×2)=2，碳原子的杂化类型是sp杂化，故d正确；

故答案选ad；

(3)①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是范德华力和氢键；

②据表格数据可知，笼状空腔的直径(0.586nm)大于CO2分子的直径(0.512nm)，而且CO2与水分子之间可形成氢键，CH4与水分子之间不能形成氢键，CO2结合水分子能力大于CH4，因此可以实现用CO2置换CH4的设想。