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(yīng)：C4H10(g,正丁烷)C2H4(g)+C2H6(g) △H1

副反應(yīng)：C4H10 (g,正丁烷)CH4(g)+C3H6(g) △H2

回答下列問題：

（1）化學(xué)上，將穩(wěn)定單質(zhì)的能量定為0，生成穩(wěn)定化合物時(shí)釋放或吸收的能量叫做生成熱，生成熱可表示該物質(zhì)相對(duì)能量。下表為25℃、101kPa下幾種有機(jī)物的生成熱：

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

①書寫熱化學(xué)方程式時(shí)，要標(biāo)明“同分異構(gòu)體名稱”，其理由是_______________________。

②上述反應(yīng)中，△H1=______kJ/mol。

（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(yīng)生成乙烯。

①下列情況表明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_______（填代號(hào)）。

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

C．反應(yīng)熱不變 D．正丁烷分解速率和乙烷消耗速率相等

②為了同時(shí)提高反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率，可采用的措施是________________。

（3）向密閉容器中充入丁烷，在一定條件（濃度、催化劑及壓強(qiáng)等)下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得乙烯產(chǎn)率與溫度關(guān)系如圖所示。溫度高于600℃時(shí)，隨若溫度升高，乙烯產(chǎn)率降低，可能的原因是__________（填代號(hào))。

A．平衡常數(shù)降低 B．活化能降低

C．催化劑活性降低 D．副產(chǎn)物增多

（4）在一定溫度下向1L恒容密閉容器中充入2mol正丁烷，反應(yīng)生成乙烯和乙烷，經(jīng)過10min達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得平衡時(shí)氣體壓強(qiáng)是原來的1.75倍。

①0~10min內(nèi)乙烯的生成速率v(C2H4)為________mol·L-1·min-1。

②上述條件下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為____________。

（5）丁烷-空氣燃料電池以熔融的K2CO3為電解質(zhì)，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極。該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為______________________________。

（6）K2CO3可由二氧化碳和氫氧化鉀溶液反應(yīng)制得。常溫下,向1 L pH=10的KOH溶液中持續(xù)通入CO2,通入CO2的體積(V)與溶液中水電離出的OH-濃度的關(guān)系如圖所示。C點(diǎn)溶液中各離子濃度大小關(guān)系為_________________________________________。

Answer 1

【答案】 同分異構(gòu)體的能量不相等 +92 BD 升高溫度 CD 0.15 4.5 C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O c(K+)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(HCO3-)＞c(H+)

【解析】分析：在相同條件下，同分異構(gòu)體之間的生成熱不同、所含的能量不同。反應(yīng)熱等于生成物的生成熱總和減去反應(yīng)物的生成熱總和。根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件，判斷氣體的質(zhì)量和體積是否變化，從而確定用于判斷平衡狀態(tài)的物理量是否為變量。催化劑的活性通常在適宜溫度下最大，隨著溫度升高，副反應(yīng)會(huì)增多。在恒溫恒容條件下，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比。燃料電池中，燃料在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)。C點(diǎn)溶液中水電離出的OH-濃度最大，則C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溶液為K2CO3溶液，因碳酸根離子可以發(fā)生水解而使溶液呈堿性。

詳解：（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，在相同條件下，同分異構(gòu)體之間的生成熱不同，故其所含的能量不同，因此，在書寫熱化學(xué)方程式時(shí)，要標(biāo)明“同分異構(gòu)體名稱”。

②由生成熱的定義可知，反應(yīng)熱等于生成物的生成熱總和減去反應(yīng)物的生成熱總和，故上述反應(yīng)中，△H1=52 kJ/mol +（-85 kJ/mol）-（-125 kJ/mol）==+92kJ/mol。

（2）①A．氣體的質(zhì)量和體積均不變，故氣體密度保持不變； B．[c(C2H4)·c(C2H6)]/ c(C4H10)保持不變時(shí)就是該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)；C．反應(yīng)熱與平衡狀態(tài)無關(guān)； D．正丁烷分解速率和乙烷消耗速率相等，表明正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等。綜上所述，表明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是BD。

②由于該反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)，故升高溫度可以同時(shí)提高反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率。

（3）溫度高于600℃時(shí)，隨著溫度升高，乙烯產(chǎn)率降低。A．該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故平衡常數(shù)隨溫度升高而增大；B．活化能不隨溫度變化而變化；C．催化劑活性通常在適宜溫度下最大，高于其適宜溫度后，其活性降低；D．隨著溫度升高，其可能發(fā)生的副反應(yīng)增多，故副產(chǎn)物增多。綜上所述，可能的原因是CD。

（4）在一定溫度下向1L恒容密閉容器中充入2mol正丁烷，反應(yīng)生成乙烯和乙烷，經(jīng)過10min達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得平衡時(shí)氣體壓強(qiáng)是原來的1.75倍，則氣體的總物質(zhì)的量變?yōu)樵瓉淼?/span>1.75倍，即3.5mol，增加了1.5mol，所以各組分的變化量均為1.5mol。

①0~10min內(nèi)乙烯的生成速率v(C2H4)=0.15mol·L-1·min-1。

②上述條件下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=4.5。

（5）丁烷-空氣燃料電池以熔融的K2CO3為電解質(zhì)，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極，該燃料電池的負(fù)極上丁烷被氧化，電極反應(yīng)式為C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O。

（6）由圖可知，C點(diǎn)溶液中水電離出的OH-濃度最大，則C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溶液為K2CO3溶液，因碳酸根離子可以發(fā)生水解而使溶液呈堿性，故其離子濃度大小關(guān)系為c(K+)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(HCO3-)＞c(H+)。