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一、与外星探索联系
例1 液态甲烷塑造“土卫六”地貌，欧洲航天局2005年1月21日报道，他们对“惠更斯”号探测器拍摄的“土卫六”照片发现：土卫六表面流动着液体，这些液体并不是水，而是液态甲烷，因为那是太冷了。这些甲烷在土卫六上充当的角色类似于地球上的水。正是这些液态甲烷，在土卫六“描绘”出复杂多变的地形。照片显示，土卫六表面地形崎岖不平，有山脊，山峰和河流渠道。由此可推断，塑造土卫六表面地形的力量类似于早期的地球。在我国的西部地域底下由于条件同土卫六有相似之处，也蕴藏着大量天然气，我国现已实施的“西气东输”宏伟工程将大大改善我国的能源结构。
（1）根据上述描述，你认为土卫六上形成液态甲烷的条件是 。
（2）CH4可与氯气在在光照下反应，有一种C4H4的烃分子结构也是正四面体（如图），将该有机物与足量氯气混合后光照，生成的卤代烃种类有（ ）种。
A．2 B．4 C．5 D．6
解析：以航天探索为背景材料，考查有关甲烷的物理性质和结构知识，考查灵活应用所学知识解决实际问题的能力。
答案：（1） 低温，高压 （2）B
二、与数学联系
例2 CH4在正四面体的球棍模型中，若CH4分子中相邻的氢原子之间的距离为a m，则C-H键的键长为 m（要有推导过程）。
解析：将CH4数学建模
r2（C—H）=（ ）2+（ ）2= 2 ，即r（C—H）= （m）
三、与电化学相联系
例3 燃料电池的开发研究是对CH4燃料的最大利用，它是在碱性电解质溶液中一极通空气，另一极通CH4气体，试回答：
①电池负极反应式为 ，一段时间后电解质溶液的PH值将 （填变大或不变或变小）。
②用该燃料电池电解600ml某金属的硫酸盐一段时间，当标况下消耗168mLCH4气体，在另一极上析出1.92g金属，计算该金属的摩尔质量（不考虑能量损失）。
解析：①CH4－8e-＋10 OH-＝CO32-+7H2O 变小
②n（CH4）=0.168L÷22.4mol/L=0.0075moL, n（e-）=0.0075 moL×8=0.06moL
即M（M）=1.92x/0.06=32x 经讨论得x=2时成立
所以，M的相对原子质量为64，摩尔质量为64g/mol。
四、与最新科技相联系
例4 已经探明，我国南海跟世界上许多海域一样，海底有极其丰富的甲烷资源。其总量超过已知蕴藏在我国陆地下的天然气总量的一半。据报道，这些蕴藏在海底的甲烷是高压下形成的固体，是外观象冰的甲烷水合物。
（1）试设想，若把它从海底取出，拿到地面上，它将有什么变化？为什么？
（2）它的晶体是分子晶体、离子晶体还是原子晶体？你作出判断的根据是什么？
（3）已知每1立方米这种晶体能释放出164立方米的甲烷气体，试估算晶体中水与甲烷的分子比（不足的数据由自己假设，只要假设得合理均按正确论）。
解析：（1）从海底取出的甲烷水合物将融化并放出甲烷气体. 因为该晶体是分子晶体.
（2）甲烷分子和水分子都是由有限数目的原子以共价键结合的小分子, 水分子和甲烷分子之间范德华力, 而水分子之间是范德华力和氢键.
（3） 假设甲烷气体体积是折合成标准状况下的数据, 则1m3水合物中有甲烷 164 m3 ÷ 22.4 m3/kmol = 7.32 kmol；假设甲烷水合物固体中的水的密度为1 g/cm3, 则其中有水1m3×1000 kg/m3÷18 kg/mol = 55.56 kmol；因此有：CH4 : H2O = 7.32 kmol : 55.6 kmol = 1 : 7.6。
五、与化学推断题相联系
例5 “C1化学”是指以分子中只含一个碳原子的物质为原料进行物质合成的化学。右图是以天然气的主要成分为原料的合成路线流程图，其中“混合气体”的成分与水煤气相同；B的水溶液有杀菌防腐性能；D是C的钠盐，2molD分子间脱去1molH2分子可缩合生成E；H是F与A按物质的量之比为1:2反应的产物。填写下列空白：
（1）天然气主要成分的电子式是E的化学式是
（2）D、G的结构简式是D
（3）写出下列反应的化学方程式：
A→B
A+F→H 。
解析：由A、B、C的关系，我们可判断出B是醛，则A是醇，C是酸。再联想水煤气，反推混合气中可能是CO和H2，故A可能是甲醇，依次推出B是甲醛，C是甲酸，D是甲酸钠，由题目所给的条件脱去H2，而甲酸钠只有1个H，应是2mol的C脱去1mol的H2，所以，E是草酸钠，H是草酸。
六、与化学反应原理相联系
例6 四川有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如图所示（图中某些转化步骤及生成物未列出）。
请填写下列空白：
（1）已知0.5 mol 甲烷与0.5 mol水蒸气在t ℃、p kPa时，完全反应生成一氧化碳和氢气（合成气），吸收了a kJ热量，该反应的热化学方程式是 。
（2）在合成氨的实际生产过程中，常采取的措施之一是：将生成的氨从混合气体中及时分离出来，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气和氢气。请运用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由 。
（3）当甲烷合成氨气的转化率为75%时，以5.60×107 L甲烷为原料能够合成L氨气。（假设体积均在标准状况下测定）
（4）已知尿素的结构简式为请写出两种含有碳氧双键的尿素的同分异构体的结构简式：
【答案】 (1)=2a kJ/mol
(2)增大氮气和氢气的浓度有利于增大反应速率；减小氨气的浓度，增大氮气和氢气的浓度均有利于平衡向正反应方向移动
（3）1.12×108
【解析】（1）因0.5 mol甲烷与0.5 mol水蒸气完全反应生成一氧化碳和H2吸收了a kJ热量，则1 mol甲烷与1 mol水蒸气反应需吸收2akJ的热量，所以该反应的热化学方程式为：
ΔH=2akJ/mol。
（2）N2与H2合成NH3的反应(N2+3H22NH3)是一个可逆反应，在该
反应中，补充氮气和氢气有利于增大反应速率，分离氨和补充氮气与氢气都有利于平衡正向移动，同时循环利用可以节约原料。
（3）由CH4+2H2O CO2+4H2的方程式和合成氨的方程式可以推出关系如下：CH4～4H2～ NH3，由此关系式可以求得VNH3=5.6 L×107×75%× =1.12×108 L。
（4）因所写同分异构体需含有碳氧双键，根据价键理论结合尿素的结构简式很容易写出其同分异构体为
责任编辑 任占华
例1 液态甲烷塑造“土卫六”地貌，欧洲航天局2005年1月21日报道，他们对“惠更斯”号探测器拍摄的“土卫六”照片发现：土卫六表面流动着液体，这些液体并不是水，而是液态甲烷，因为那是太冷了。这些甲烷在土卫六上充当的角色类似于地球上的水。正是这些液态甲烷，在土卫六“描绘”出复杂多变的地形。照片显示，土卫六表面地形崎岖不平，有山脊，山峰和河流渠道。由此可推断，塑造土卫六表面地形的力量类似于早期的地球。在我国的西部地域底下由于条件同土卫六有相似之处，也蕴藏着大量天然气，我国现已实施的“西气东输”宏伟工程将大大改善我国的能源结构。
（1）根据上述描述，你认为土卫六上形成液态甲烷的条件是 。
（2）CH4可与氯气在在光照下反应，有一种C4H4的烃分子结构也是正四面体（如图），将该有机物与足量氯气混合后光照，生成的卤代烃种类有（ ）种。
A．2 B．4 C．5 D．6
解析：以航天探索为背景材料，考查有关甲烷的物理性质和结构知识，考查灵活应用所学知识解决实际问题的能力。
答案：（1） 低温，高压 （2）B
二、与数学联系
例2 CH4在正四面体的球棍模型中，若CH4分子中相邻的氢原子之间的距离为a m，则C-H键的键长为 m（要有推导过程）。
解析：将CH4数学建模
r2（C—H）=（ ）2+（ ）2= 2 ，即r（C—H）= （m）
三、与电化学相联系
例3 燃料电池的开发研究是对CH4燃料的最大利用，它是在碱性电解质溶液中一极通空气，另一极通CH4气体，试回答：
①电池负极反应式为 ，一段时间后电解质溶液的PH值将 （填变大或不变或变小）。
②用该燃料电池电解600ml某金属的硫酸盐一段时间，当标况下消耗168mLCH4气体，在另一极上析出1.92g金属，计算该金属的摩尔质量（不考虑能量损失）。
解析：①CH4－8e-＋10 OH-＝CO32-+7H2O 变小
②n（CH4）=0.168L÷22.4mol/L=0.0075moL, n（e-）=0.0075 moL×8=0.06moL
即M（M）=1.92x/0.06=32x 经讨论得x=2时成立
所以，M的相对原子质量为64，摩尔质量为64g/mol。
四、与最新科技相联系
例4 已经探明，我国南海跟世界上许多海域一样，海底有极其丰富的甲烷资源。其总量超过已知蕴藏在我国陆地下的天然气总量的一半。据报道，这些蕴藏在海底的甲烷是高压下形成的固体，是外观象冰的甲烷水合物。
（1）试设想，若把它从海底取出，拿到地面上，它将有什么变化？为什么？
（2）它的晶体是分子晶体、离子晶体还是原子晶体？你作出判断的根据是什么？
（3）已知每1立方米这种晶体能释放出164立方米的甲烷气体，试估算晶体中水与甲烷的分子比（不足的数据由自己假设，只要假设得合理均按正确论）。
解析：（1）从海底取出的甲烷水合物将融化并放出甲烷气体. 因为该晶体是分子晶体.
（2）甲烷分子和水分子都是由有限数目的原子以共价键结合的小分子, 水分子和甲烷分子之间范德华力, 而水分子之间是范德华力和氢键.
（3） 假设甲烷气体体积是折合成标准状况下的数据, 则1m3水合物中有甲烷 164 m3 ÷ 22.4 m3/kmol = 7.32 kmol；假设甲烷水合物固体中的水的密度为1 g/cm3, 则其中有水1m3×1000 kg/m3÷18 kg/mol = 55.56 kmol；因此有：CH4 : H2O = 7.32 kmol : 55.6 kmol = 1 : 7.6。
五、与化学推断题相联系
例5 “C1化学”是指以分子中只含一个碳原子的物质为原料进行物质合成的化学。右图是以天然气的主要成分为原料的合成路线流程图，其中“混合气体”的成分与水煤气相同；B的水溶液有杀菌防腐性能；D是C的钠盐，2molD分子间脱去1molH2分子可缩合生成E；H是F与A按物质的量之比为1:2反应的产物。填写下列空白：
（1）天然气主要成分的电子式是E的化学式是
（2）D、G的结构简式是D
（3）写出下列反应的化学方程式：
A→B
A+F→H 。
解析：由A、B、C的关系，我们可判断出B是醛，则A是醇，C是酸。再联想水煤气，反推混合气中可能是CO和H2，故A可能是甲醇，依次推出B是甲醛，C是甲酸，D是甲酸钠，由题目所给的条件脱去H2，而甲酸钠只有1个H，应是2mol的C脱去1mol的H2，所以，E是草酸钠，H是草酸。
六、与化学反应原理相联系
例6 四川有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如图所示（图中某些转化步骤及生成物未列出）。
请填写下列空白：
（1）已知0.5 mol 甲烷与0.5 mol水蒸气在t ℃、p kPa时，完全反应生成一氧化碳和氢气（合成气），吸收了a kJ热量，该反应的热化学方程式是 。
（2）在合成氨的实际生产过程中，常采取的措施之一是：将生成的氨从混合气体中及时分离出来，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气和氢气。请运用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由 。
（3）当甲烷合成氨气的转化率为75%时，以5.60×107 L甲烷为原料能够合成L氨气。（假设体积均在标准状况下测定）
（4）已知尿素的结构简式为请写出两种含有碳氧双键的尿素的同分异构体的结构简式：
【答案】 (1)=2a kJ/mol
(2)增大氮气和氢气的浓度有利于增大反应速率；减小氨气的浓度，增大氮气和氢气的浓度均有利于平衡向正反应方向移动
（3）1.12×108
【解析】（1）因0.5 mol甲烷与0.5 mol水蒸气完全反应生成一氧化碳和H2吸收了a kJ热量，则1 mol甲烷与1 mol水蒸气反应需吸收2akJ的热量，所以该反应的热化学方程式为：
ΔH=2akJ/mol。
（2）N2与H2合成NH3的反应(N2+3H22NH3)是一个可逆反应，在该
反应中，补充氮气和氢气有利于增大反应速率，分离氨和补充氮气与氢气都有利于平衡正向移动，同时循环利用可以节约原料。
（3）由CH4+2H2O CO2+4H2的方程式和合成氨的方程式可以推出关系如下：CH4～4H2～ NH3，由此关系式可以求得VNH3=5.6 L×107×75%× =1.12×108 L。
（4）因所写同分异构体需含有碳氧双键，根据价键理论结合尿素的结构简式很容易写出其同分异构体为
责任编辑 任占华