Question

“西气东输”是西部开发的重点工程，这里的“气”是指天然气，其主要成分是甲烷。

(1)甲烷分子具有________________结构，其结构式是_________________。

(2)通常情况下，甲烷比较稳定，但在特定条件下，甲烷也会发生某些反应，请写出甲烷在光照条件下与氯气反应生成一氯甲烷的化学方程式________________________，该反应属于____________(填反应类型)。

(3)在一定条件下甲烷也可用于燃料电池。如图是甲烷燃料电池的原理示意图：

若正极的反应式为O₂＋4H^＋＋4e^－=2H₂O，则负极反应式为________________________________；该电池工作过程中，H^＋的移动方向为从________到________(填“左”或“右”)。

Answer

正四面体 CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl 取代反应 CH4－8e-+2H2O=CO2+8H+ 左 右

【解析】

甲烷的电子式为，从电子式可以看出，甲烷分子中4个C-H键的性质完全相同，分子高度对称；在光照条件下，甲烷分子中的氢原子可以被氯原子所替代，断裂C-H键，形成C-Cl键。甲烷可与氧气形成燃料电池，在酸性电解质中，CH4失电子的产物与电解质溶液作用生成CO2等，O2得电子的产物与H+反应生成H2O。

(1)甲烷分子中，4个C-H键完全相同，分子高度对称，具有正四面体结构；将电子式中的共用电子改成短线，就得到其结构式，所以其结构式是。答案为：正四面体；；

(2)甲烷在光照条件下与氯气反应生成一氯甲烷和氯化氢，反应的化学方程式CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，该反应属于取代反应。答案为：CH4＋Cl2 CH3Cl＋HCl；取代反应；

(3)从电子流动的方向看，左边电极失电子，作原电池的负极，则通入的气体为甲烷；右边电极为正极，通入的气体为氧气。若正极的反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，则负极为CH4失电子的产物与电解质溶液作用生成CO2和H+，电极反应式为CH4－8e-+2H2O=CO2+8H+；该电池工作过程中，阳离子从负极移向正极，则H＋的移动方向为从左到右。答案为：CH4－8e-+2H2O=CO2+8H+；左；右。