Question

【題目】乙烯是合成食品外包裝材料聚乙烯的單體，可以由丁烷裂解制備。

主反應：C4H10（g，正丁烷）C2H4(g)+C2H6(g) ΔH1

副反應：C4H10（g，正丁烷）CH4(g)+C3H6(g) ΔH2 回答下列問題：

(1)化學上，將穩定單質的能量定為0，生成穩定化合物時的釋放或吸收能量叫生成熱，生成熱可表示該物質相對能量。下表為25℃、101 kPa下幾種有機物的生成熱：

物質	甲烷	乙烷	乙烯	丙烯	正丁烷	異丁烷
生成熱/kJ·mol1	75	85	52	20	125	132

①表格中的物質，最穩定的是________________（填結構簡式）。

②上述反應中，ΔH1=____________kJ·mol1。

(2)一定溫度下，在恒容密閉容器中投入一定量正丁烷發生反應生成乙烯。下列情況表明該反應達到平衡狀態的是_________________（填代號）。

A．氣體密度保持不變 B．保持不變

C．反應熱不變 D．正丁烷分解速率和乙烷消耗速率相等

(3)向密閉容器中充入丁烷，在一定條件（濃度、催化劑及壓強等）下發生反應，測得乙烯產率與溫度關系如圖所示。溫度高于600℃時，

隨著溫度升高，乙烯產率降低，可能的原因是____________（填代號）。

A．平衡常數降低 B．活化能降低

C．催化劑活性降低 D．副產物增多

(4)在一定溫度下向1 L恒容密閉容器中充入2 mol正丁烷，反應生成乙烯和乙烷，經過10 min 達到平衡狀態，測得平衡時氣體壓強是原來的1.75倍。

①0～10 min內乙烷的生成速率v(C2H6)為___________mol·L1·min1。

②上述條件下，正丁烷的平衡轉化率為_____________；該反應的平衡常數K為____。

(5)丁烷空氣燃料電池以熔融的K2CO3（其中不含O2和HCO3-）為電解質，以具有催化作用和導電性能的稀土金屬材料為電極。該燃料電池的正極反應式為26CO2+13O2+52e=6CO32-，負極反應式為____________________。

Answer 1

【答案】（CH3）2 CH CH3 +92 BD CD 0.15 75％ 4.5 C4H10+13 CO32-26 e－=17 CO2+5H2O

【解析】

（1）①能量越低越穩定，即由穩定單質生成穩定化合物時放出釋放的能量越大越穩定；

②反應方程式中焓變=生成物的生成熱-反應物的生成熱；

（2）可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質的物質的量、物質的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；

（3）催化劑活性受溫度影響，有機化學反應中副反應較多；

（4）恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比等于其物質的量之比，經過10min 達到平衡狀態，測得平衡時氣體壓強是原來的1.75 倍，說明平衡后氣體總物質的量是原來的1.75倍，混合氣體物質的量=2mol×1.75=3.5mol，增加的物質的量相當于生成的n（C2H4）=n（C2H6）=（3.5-2）mol=1.5mol，剩余的n（C4H10）=（2-1.5）mol=0.5mol，平衡時c（C2H4）=c（C2H6）= =1.5mol/L，c（C4H10）==0.5mol/L

①反應速率，據此計算；

②轉化率為已反應的正丁烷占總正丁烷的物質的量的百分比；平衡常數 ；

（5）負極上丁烷失電子發生氧化反應。

：（1）①能量越低越穩定，即由穩定單質生成穩定化合物時放出釋放的能量越大越穩定，由圖表可知異丁烷的生成熱最低，即生成異丁烷時釋放能量最大，異丁烷能量最低，最穩定，異丁烷的結構簡式為（CH3）2CHCH3，故答案為：（CH3）2CHCH3；
②反應方程式中焓變=生成物的生成熱-反應物的生成熱，所以該反應的焓變=（52-85+125）kJ/mol=+92kJ/mol，故答案為：+92；

（2）A．反應前后氣體總質量不變、容器體積不變，所以密度始終不變，不能根據密度判斷平衡狀態，故A錯誤；

B．保持不變時，各物質的物質的量濃度不變，說明達到平衡狀態，故B正確；

C．反應熱與計量數成正比，與是否達到平衡狀態無關，故C錯誤；

D．正丁烷分解速率和乙烷消耗速率相等，正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，故D正確；故答案為：BD；

（3）催化劑活性受溫度影響，有機化學反應中副反應較多，隨著溫度升高，乙烯產率降低，可能的原因是催化劑活性降低，副產物增多，選項C和D符合題意，故答案為：CD；

（4）恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比等于其物質的量之比，經過10min 達到平衡狀態，測得平衡時氣體壓強是原來的1.75 倍，說明平衡后氣體總物質的量是原來的1.75倍，混合氣體物質的量=2mol×1.75=3.5mol，增加的物質的量相當于生成的n（C2H4）=n（C2H6）=（3.5-2）mol=1.5mol，剩余的n（C4H10）=（2-1.5）mol=0.5mol，平衡時c（C2H4）=c（C2H6）= =1.5mol/L，c（C4H10）==0.5mol/L

①0～10min 內乙烷的生成速率v（C2H6）=mol/（Lmin）=0.15mol/（Lmin），故答案為：0.15；

②根據分析可知轉化的正丁烷為1.5mol，故其轉化率為：；

該反應的平衡常數K；故答案為：75％；4.5；

（5）負極上丁烷失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水， 故答案為：C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O。