令人著迷的“可燃冰”

文章編號:1005-6629(2010)05-0079-02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

[題目]

從能源的角度看，“可燃冰”可視為被高度壓縮的天然氣資源，其能量密度是天然氣的2~5倍;“可燃冰”清潔無污染，燃燒后幾乎不產生任何廢棄物。

1 探究可燃冰的結構

“可燃冰”有三種結構， 如圖1所示， 分別是結構Ⅰ、結構Ⅱ和結構H。

[問題1]試根據題意，寫出符合條件的化學式:

[問題2]結構H型“可燃冰”是由34個水分子通過氫鍵連接而成的單晶，其中4種不同的空隙中:假定3個空隙各囚禁1個CH4，2個空隙各囚禁1個C2H6，1個空隙囚禁C4H10，其余空隙中為空的。77.8 g這種結構的“可燃冰”中的氣體全部釋放出來，完全燃燒后可產生的熱量為_____kJ。

(已知燃燒熱:CH4:-890 kJ·mol-1;C2H6:-1190 kJ·mol-1;C4H10:-2900 kJ·mol-1)

2 探究可燃冰的形成

[問題3]“可燃冰”的主要成分是甲烷、乙烷等可燃性氣體與水分子的結晶水合物。它是由埋在海底地層深處的大量有機質在缺氧環境中，厭氧性細菌把有機質分解，最后形成石油和天然氣(石油氣)，其中許多天然氣被包進水分子中，在海底的低溫與高壓下形成了類似冰的透明晶體，這就是“可燃冰”。下列說法中不正確的是

A.“可燃冰”將有可能成為新能源

B.“可燃冰”實質是水變成的固態油

C.常溫、常壓下“可燃冰”是一種穩定的物質

D.我國青藏高原凍土層可能存在巨大體積的“可燃冰”

3 探究可燃冰的開采

[問題4]我國已與德國合作，在近期啟動鉆探“可燃冰”的實物樣品的工作，實現“可燃冰”鉆探零的突破。“可燃冰”的主要成分CH4是一種會產生溫室效應的氣體，等物質的量的CH4和CO2產生的溫室效應前者大。下列是有關“可燃冰”的敘述其中不正確的是

A.“可燃冰”可以燃燒，說明水具有可燃性

B.等質量的CH4和CO2產生的溫室效應也是前者大

C.“可燃冰”蘊藏量極為豐富，合理開發利用，可減少能源的緊缺情況

D.可燃冰”在開采中如發生泄露，大量甲烷氣體分解出來進入大氣層，全球溫室效應將迅速增大。

[命題意圖]

試題以能源情境為背景，旨在考查學生處理題給信息形成結論的能力、運用化學知識解決相關社會問題的能力、對化學事實分析判斷的能力。試題構建源于教材、適當綜合、推陳出新。考生只要迅速查找到課本中與之相似的知識點，理解命題者的意圖，適時遷移，就能很好地完成答題要求。

“可燃冰”是一種新能源，把涉及生產、生活、科技等知識作為背景材料，創設問題情景，讓學生從化學的視角去進行觀察和分析，可以真正做到理論聯系實際，學以致用。因此，本題較好地體現了考試的教育功能。

[試題點評]

能源是制約國家進步的重要因素，開發新能源是各國大力研究的課題，新能源主要包括氫能、太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物質能和其他可再生能源。合理地開發利用新能源，可以改善和優化能源結構，保護環境，提高人民生活質量，促進國民經濟和社會可持續發展。

“可燃冰”的形成有三個基本條件:首先溫度不能太高，在零度以上可以生成，最高是20 ℃左右，再高就分解了;第二壓力要夠，但不需太大。0 ℃時，30個大氣壓以上它就可能生成;第三，地底要有氣源。所以，最有可能形成“可燃冰”的區域是高緯度的凍土層和深海底層。

人類要開采埋藏于深海的“可燃冰”，尚面臨著許多新問題。不管用哪種方法開采，都必須保證甲烷水合物中的CH4不逸到大氣中，否則，將引起災難性的后果。有學者認為，在導致全球氣候變暖方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大10~20倍。而“可燃冰”礦藏哪怕受到最小的破壞，都足以導致甲烷氣體的大量泄漏。一旦這種泄露得不到控制，全球溫室效應將迅速增大，大氣升溫后，海水溫度也將隨之升高、地層溫度上升，這會造成海底的“可燃冰”的自動分解，引起惡性循環。

“可燃冰”有望成為21世紀的新能源之一。但是，它也會帶給人類新的困難，只有合理的、科學的開發和利用，才會真正造福人類。由此可見，“可燃冰”在作為未來新能源的同時，也是一種危險的能源。需要小心對待這柄“雙刃劍”。

[解題思路]

本題密切聯系社會實際，引導學生關注社會熱點問題，設置基于化學基本知識但又不失靈活性， 很好地體現新教材的理念和高考命題特點。

(1)由結構Ⅰ型可燃冰的有關說明可知，結構Ⅰ中水的總分子數為:46+2=48個，甲烷分子為6個。N(CH4)∶N(H2O)=6∶48=1∶8， 結構Ⅰ的化學式為CH4·8H2O; 同理，結構Ⅱ的化學式為C2H6·7H2O。

(2)結構H型可燃冰中有3個CH4，2個C2H6，1個C4H10，34個H2O。故其化學式可寫成3CH4·2C2H6·C4H10·34H2O，摩爾質量為778 g·mol-1，77.8 g結構H的物質的量為0.1 mol，產生的熱量為0.3 mol×890 kJ·mol-1+0.2 mol×1190 kJ·mol-1+0.1 mol×2900 kJ·mol-1=795 kJ。

(3)可燃冰有望取代煤、石油和天然氣，成為21世紀的新能源之一。A項正確;水的組成元素是H和O，而可燃冰的組成元素是C、H、O，根據元素守恒，B項錯誤;可燃冰是在高溫、低壓下形成的，在常溫、常壓下可燃冰可揮發成甲烷等可燃性氣體，故C項錯誤;根據可燃冰形成的條件，我國青藏高原凍土層可能存在巨大體積的可燃冰，所以D項正確。

(4)可燃冰燃燒是因為在減壓或升溫后它會釋放出的甲烷等可燃性氣體，不是水的燃燒，A項錯誤;由題已知，等物質的量的CH4和CO2產生的溫室效應前者大，根據CH4和CO2的摩爾質量比較，等質量的CH4和CO2產生的溫室效應還是前者大，B項正確;可燃冰蘊藏量極為豐富，是天然氣能量密度的2~5倍，燃燒后幾乎不產生除CO2外的任何廢棄物。如合理開發利用，可減少能源的緊缺情況，C項正確;可燃冰在開采中如發生泄露，大量甲烷氣體分解出來進入大氣層，甲烷所起的作用比二氧化碳要大10~20倍，所以全球溫室效應將迅速增大。D項正確。

[答案]

1. CH4·8H2OC2H6·7H2O

2. 795

3. B、C

4. A