Question

【题目】乙烯是合成食品外包装材料聚乙烯的单体，可以由丁烷裂解制备。裂解的副反应为C4H10(g，正丁烷) CH4(g)＋C3H6(g)，请回答下列问题：

(1)化学上，将稳定单质的能量定为0，由元素的单质化合成单一化合物时的反应热叫该化合物的生成热，生成热可表示该物质相对能量。25 ℃、101 kPa几种有机物的生成热如下表所示：

物质	甲烷	乙烷	乙烯	丙烯	正丁烷	异丁烷
生成热/kJ· mol－1	－75	－85	52	20	－125	－132

由正丁烷裂解生成乙烯的热化学方程式为_____________________________。

(2)一定温度下，在恒容密闭容器中投入一定量正丁烷发生反应生成乙烯。

下列情况能说明该反应达到平衡状态的是________(填标号)。

A．气体密度保持不变 B．c(C2H4)·c(C2H6)/c(C4H10)保持不变

C．反应热保持不变 D．正丁烷分解速率和乙烷消耗速率相等

(3)向密闭容器中充入正丁烷，在一定条件(浓度、催化剂及压强等)下发生反应，测得乙烯产率与温度关系如图所示。温度高于600℃时，随着温度升高，乙烯产率降低，可能的原因是____________。

(4)在一定温度下向10 L恒容密闭容器中充入2 mol正丁烷，反应生成乙烯和乙烷，经过10 min达到平衡状态，测得平衡时气体压强是原来的1.75倍。

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

②上述条件下，正丁烷的平衡转化率为_______，该反应的平衡常数K为_____。

(5)丁烷空气燃料电池以熔融的K2CO3(其中不含O2－和HCO3-)为电解质，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。该燃料电池的正极反应式为26CO2＋13O2＋52e－===26CO32-，则负极反应式为_________________________。

Answer 1

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

【解析】

（1）反应方程式中焓变=生成物的生成热-反应物的生成热；

（2）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变；

（3）催化剂活性受温度影响，有机化学反应中副反应较多；
（4）恒温恒容条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，经过10min达到平衡状态，测得平衡时气体压强是原来的1.75倍，说明平衡后气体总物质的量是原来的1.75倍，混合气体物质的量=2mol×1.75=3.5mol，
增加的物质的量相当于生成的n（C2H4）=n（C2H6）=（3.5-2）mol=1.5mol，剩余的n（C4H10）=（2-1.5）mol=0.5mol，平衡时c（C2H4）=c（C2H6）==0.15mol/L，c（C4H10）==0.05mol/L；

①0～10min内乙烷的生成速率v（C2H6）=；

②上述条件下，正丁烷的平衡转化率=×100%，该反应的平衡常数K=；

（5）负极上丁烷失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水。

（1）反应方程式中焓变=生成物的生成热-反应物的生成热，所以该反应的焓变=（52-85+125）kJ/mol=+92kJ/mol，所以其热化学方程式为C4H10（g，正丁烷）C2H4（g）+C2H6（g）△H=+92kJmol-1；

（2）A．反应前后气体总质量不变、容器体积不变，所以密度始终不变，不能根据密度判断平衡状态，故A错误；B．c（C2H4）c（C2H6）/c（C4H10）保持不变时，各物质的物质的量浓度不变，说明达到平衡状态，故B正确；C．反应热与计量数成正比，与是否达到平衡状态无关，故C错误；D．正丁烷分解速率利乙烷消耗速率相等，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故D正确；故答案为BD；

（3）催化剂活性受温度影响，有机化学反应中副反应较多，随着温度升高，乙烯产率降低，可能的原因是催化剂活性降低，副产物增多；

（4）恒温恒容条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，经过10min达到平衡状态，测得平衡时气体压强是原来的1.75倍，说明平衡后气体总物质的量是原来的1.75倍，混合气体物质的量=2mol×1.75=3.5mol，
增加的物质的量相当于生成的n（C2H6）=n（C2H4）=（3.5-2）mol=1.5mol，剩余的n（C4H10）=（2-1.5）mol=0.5mol，平衡时c（C2H6）=c（C2H4）==0.15mol/L，c（C4H10）==0.05mol/L；

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

②上述条件下，正丁烷的平衡转化率=×100%=×100%=75%；该反应的平衡常数K===0.45；

（5）负极上丁烷失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为C4H10+13CO32--26e--=17CO2+5H2O。