Question

【題目】石油化工生產(chǎn)中，利用裂解反應可以獲得重要化工原料乙烯、丙烯。一定條件下，正丁烷裂解的主反應如下：

反應I C4H10（g）CH4（g）+CH3CH-CH3（g） △H1；

反應Ⅱ C4H10（g）C2H6（g）+CH2=CH2（g） △H2；

回答下列問題：

（1）正丁烷、乙烷和乙烯的燃燒熱分別為Q1kJ·mol-1、Q2kJ·mol-1、Q3kJ·mol-1，反應Ⅱ的△H2=______________。

（2）一定溫度下，向容積為5L的密閉容器中通入正丁烷，反應時間（t）與容器內(nèi)氣體總壓強（p）數(shù)據(jù)如下：

t/min	0	a	2a	3a	4a
p/MPa	5	7.2	8.4	8.8	8.8

①該溫度下，正丁烷的平衡轉化率a=__________；反應速率可以用單位時間內(nèi)分壓的變化表示，即v=，前2a min內(nèi)正丁烷的平均反應速率=__________MPa·min-1。

②若平衡時甲烷、乙烯的體積分數(shù)分別為、，則該溫度下反應I的壓力平衡常數(shù)Kp=_________MPa（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓一總壓×物質的量分數(shù)，保留三位有效數(shù)字）。

③若反應在恒溫、恒壓條件進行，平衡后反應容器的體積_________8.8L（填“>”“<”或“=”）。

④實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)高于640K后，乙烯和丙烯的產(chǎn)率隨溫度升高增加幅度減小，可能的原因是__________（任寫1條）。

（3）一種丁烷燃料電池工作原理如圖所示。

①A電極上發(fā)生的是反應_________（填“氧化“或“還原”）。

②寫出B電極的電極反應式：______________________________________。

Answer 1

【答案】(Q2＋Q3－Q1)kJ·mol－1 76% 1.7/a 2.13 > 催化劑活性降低（或反應物濃度降低等） 還原 C4H10＋13O2－－26e－=4CO2＋5H2O

【解析】

（1）由蓋斯定律求解；

（2）①設該溫度下，正丁烷的平衡轉化率α，找出用平衡時各物質的分壓與總壓的關系去解；

根據(jù)υ=△p/△t解答。

②列出平衡時各物質的分壓，根據(jù)平衡常數(shù)的定義式計算；

③反應為體積變大的反應，若反應在恒溫、恒壓條件進行，平衡后反應容器的體積變大；

④高于640K后，乙烯和丙烯的產(chǎn)率隨溫度升高增加幅度減小，可能的原因是：催化劑活性降低（或反應物濃度降低等）

（3）A電極上氧氣得電子，發(fā)生還原反應；B電極上正丁烷被氧化。

（1）① C4H10(g)＋6.5O2(g)=4CO2(g)＋5H2O(l) △H=-Q1kJ·mol－1

②C2H6(g)＋3.5O2(g)=2CO2(g)＋3H2O(l) △H=-Q2kJ·mol－1

③CH2=CH2(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋2H2O(l) △H=-Q3kJ·mol－1

①-②-③得： C4H10(g) C2H6(g)+CH2=CH2(g) △H2=(Q2＋Q3－Q1)kJ·mol－1；

（2）①設該溫度下，正丁烷的平衡轉化率α，平衡時，5（1-α）+5α+5α=8.8，α=0.76；

前2amin內(nèi)壓強從5MPa增大到8.4MPa，即前2amin內(nèi)正丁烷的p=3.4MPa，根據(jù)υ（正丁烷）=△p/△t=（8.4MPa-5MPa）/2amin=1.7/aMPa·min－1；

②反應I C4H10(g) CH4(g)+CH3CH=CH2(g)，平衡時，若平衡時甲烷、乙烯的體積分數(shù)分別為、，則丙烯和乙烷的體積分數(shù)分別為、，正丁烷為1-2/11-2/11-1/4-1/4=3/22，Kp==2.13；

③反應為體積變大的反應，若反應在恒溫、恒壓條件進行，平衡后反應容器的體積變大，故體積大于8.8L；

④高于640K后，乙烯和丙烯的產(chǎn)率隨溫度升高增加幅度減小，可能的原因是：催化劑活性降低（或反應物濃度降低等）；

（3）A電極上氧氣得電子，發(fā)生還原反應；B電極上正丁烷被氧化，電極反應式為：C4H10＋13O2－－26e－=4CO2＋5H2O。