Question

【題目】“西氣東輸”是西部開發的重點工程，這里的“氣”是指天然氣，其主要成分是甲烷。

(1)甲烷分子具有________________結構，其結構式是_________________。

(2)通常情況下，甲烷比較穩定，但在特定條件下，甲烷也會發生某些反應，請寫出甲烷在光照條件下與氯氣反應生成一氯甲烷的化學方程式________________________，該反應屬于____________(填反應類型)。

(3)在一定條件下甲烷也可用于燃料電池。如圖是甲烷燃料電池的原理示意圖：

若正極的反應式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，則負極反應式為________________________________；該電池工作過程中，H＋的移動方向為從________到________(填“左”或“右”)。

Answer 1

【答案】正四面體 CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl 取代反應 CH4－8e-+2H2O=CO2+8H+ 左 右

【解析】

甲烷的電子式為，從電子式可以看出，甲烷分子中4個C-H鍵的性質完全相同，分子高度對稱；在光照條件下，甲烷分子中的氫原子可以被氯原子所替代，斷裂C-H鍵，形成C-Cl鍵。甲烷可與氧氣形成燃料電池，在酸性電解質中，CH4失電子的產物與電解質溶液作用生成CO2等，O2得電子的產物與H+反應生成H2O。

(1)甲烷分子中，4個C-H鍵完全相同，分子高度對稱，具有正四面體結構；將電子式中的共用電子改成短線，就得到其結構式，所以其結構式是。答案為：正四面體；；

(2)甲烷在光照條件下與氯氣反應生成一氯甲烷和氯化氫，反應的化學方程式CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，該反應屬于取代反應。答案為：CH4＋Cl2 CH3Cl＋HCl；取代反應；

(3)從電子流動的方向看，左邊電極失電子，作原電池的負極，則通入的氣體為甲烷；右邊電極為正極，通入的氣體為氧氣。若正極的反應式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，則負極為CH4失電子的產物與電解質溶液作用生成CO2和H+，電極反應式為CH4－8e-+2H2O=CO2+8H+；該電池工作過程中，陽離子從負極移向正極，則H＋的移動方向為從左到右。答案為：CH4－8e-+2H2O=CO2+8H+；左；右。