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。裂解的副反應為C4H10(g，正丁烷) CH4(g)＋C3H6(g)，請回答下列問題：

(1)化學上，將穩(wěn)定單質(zhì)的能量定為0，由元素的單質(zhì)化合成單一化合物時的反應熱叫該化合物的生成熱，生成熱可表示該物質(zhì)相對能量。25 ℃、101 kPa幾種有機物的生成熱如下表所示：

物質(zhì)	甲烷	乙烷	乙烯	丙烯	正丁烷	異丁烷
生成熱/kJ· mol－1	－75	－85	52	20	－125	－132

由正丁烷裂解生成乙烯的熱化學方程式為_____________________________。

(2)一定溫度下，在恒容密閉容器中投入一定量正丁烷發(fā)生反應生成乙烯。

下列情況能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是________(填標號)。

A．氣體密度保持不變 B．c(C2H4)·c(C2H6)/c(C4H10)保持不變

C．反應熱保持不變 D．正丁烷分解速率和乙烷消耗速率相等

(3)向密閉容器中充入正丁烷，在一定條件(濃度、催化劑及壓強等)下發(fā)生反應，測得乙烯產(chǎn)率與溫度關(guān)系如圖所示。溫度高于600℃時，隨著溫度升高，乙烯產(chǎn)率降低，可能的原因是____________。

(4)在一定溫度下向10 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(jīng)過10 min達到平衡狀態(tài)，測得平衡時氣體壓強是原來的1.75倍。

①0～10 min內(nèi)乙烷的生成速率v(C2H6)＝________ mol·L－1·min－1。

②上述條件下，正丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率為_______，該反應的平衡常數(shù)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(zhì)，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－===26CO32-，則負極反應式為_________________________。

Answer 1

【答案】C4H10(g，正丁烷)C2H4(g)＋C2H6(g) ΔH ＝＋92kJ· mol－ BD 催化劑活性降低，副產(chǎn)物增多 0.015 75% 0.45 C4H10＋13CO32-－26e－===17CO2＋5H2O

【解析】

（1）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(tài)時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)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(zhì)的量之比，經(jīng)過10min達到平衡狀態(tài)，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(zhì)的量是原來的1.75倍，混合氣體物質(zhì)的量=2mol×1.75=3.5mol，
增加的物質(zhì)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）==0.15mol/L，c（C4H10）==0.05mol/L；

①0～10min內(nèi)乙烷的生成速率v（C2H6）=；

②上述條件下，正丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率=×100%，該反應的平衡常數(shù)K=；

（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。

（1）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，所以其熱化學方程式為C4H10（g，正丁烷）C2H4（g）+C2H6（g）△H=+92kJmol-1；

（2）A．反應前后氣體總質(zhì)量不變、容器體積不變，所以密度始終不變，不能根據(jù)密度判斷平衡狀態(tài)，故A錯誤；B．c（C2H4）c（C2H6）/c（C4H10）保持不變時，各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度不變，說明達到平衡狀態(tài)，故B正確；C．反應熱與計量數(shù)成正比，與是否達到平衡狀態(tài)無關(guān)，故C錯誤；D．正丁烷分解速率利乙烷消耗速率相等，正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，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(chǎn)率降低，可能的原因是催化劑活性降低，副產(chǎn)物增多；

（4）恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比等于其物質(zhì)的量之比，經(jīng)過10min達到平衡狀態(tài)，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(zhì)的量是原來的1.75倍，混合氣體物質(zhì)的量=2mol×1.75=3.5mol，
增加的物質(zhì)的量相當于生成的n（C2H6）=n（C2H4）=（3.5-2）mol=1.5mol，剩余的n（C4H10）=（2-1.5）mol=0.5mol，平衡時c（C2H6）=c（C2H4）==0.15mol/L，c（C4H10）==0.05mol/L；

①0～10min內(nèi)乙烷的生成速率v（C2H6）==mol/（Lmin）=0.015mol/（Lmin）；

②上述條件下，正丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率=×100%=×100%=75%；該反應的平衡常數(shù)K===0.45；

（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，電極反應式為C4H10+13CO32--26e--=17CO2+5H2O。