Question

3．石油化工生產(chǎn)中，通過(guò)裂解可獲得化工產(chǎn)品如乙烯、丙烯等．在2L恒溫密閉容器中投入10mol丁烷（C₄H₁₀），在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：（C₄H₁₀（g）?C₂H₄（g）+C₂H₆（g）．測(cè)得體系中乙烯的物質(zhì)的量與時(shí)間關(guān)系如圖Ⅰ所示：

（1）能判斷反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是b（填字母）．
a．c（C₂H₆）與c（C₂H₄）的比值保持不變
b．容器中氣體壓強(qiáng)保持不變
c．容器中氣體密度保持不變
d．單位時(shí)間內(nèi)有1molC₄H₁₀消耗的同時(shí)有1molC₂H₄生成
（2）相對(duì)于曲線b，曲線a改變的條件是加入催化劑，判斷的理由是速率加快但平衡沒(méi)有移動(dòng)．
（3）若圖中b、c表示其它條件不變，改變溫度時(shí)n（C₂H₄）隨時(shí)間的變化曲線，可以判斷該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱（填“放熱”或“吸熱”反應(yīng)）．
（4）在曲線b對(duì)應(yīng)的條件下，反應(yīng)進(jìn)行0～20min區(qū)間內(nèi)的速率v（C₂H₆）=0.05mol•L^-1•min^-1．
（5）將C₂H₆和O₂設(shè)計(jì)成如圖Ⅱ電化學(xué)裝置，若c、d均用銅電極，a極的電極反應(yīng)式為C₂H₆-14e^-+18OH^-=2CO₃^2-+12H₂O；c極的電極反應(yīng)式為Cu-2e^-=Cu²⁺．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)特征判斷分析，達(dá)到平衡時(shí)，一是等，二是定：
等是指v正=v逆，同一種物質(zhì)：該物質(zhì)的生成速率等于它的消耗速率；不同的物質(zhì)：速率之比等于方程式中各物質(zhì)的計(jì)量數(shù)之比，但必須是不同方向的速率；
定是指各成分含量保持不變：各組成成分的質(zhì)量、物質(zhì)的量、分子數(shù)、體積（氣體）、物質(zhì)的量濃度均保持不變；各組成成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、氣體的體積分?jǐn)?shù)均保持不變；若反應(yīng)前后的物質(zhì)都是氣體，且總體積不等，則氣體的總物質(zhì)的量、總壓強(qiáng)（恒溫、恒容）、平均摩爾質(zhì)量、混合氣體的密度（恒溫、恒壓）均保持不變；
（2）相對(duì)于曲線b，曲線a的斜率更大，但是最終C₂H₄的物質(zhì)的量與曲線b相同，說(shuō)明a的反應(yīng)速率更大，只縮短了達(dá)平衡的時(shí)間，根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的條件進(jìn)行分析；
（3）由圖可知：c曲線的斜率更小，達(dá)平衡時(shí)，C₂H₄的物質(zhì)的量減少；所以c曲線的反應(yīng)速率更慢，其它條件不變，改變溫度，速率減慢，則說(shuō)明改變的條件是降溫，再結(jié)合降溫對(duì)平衡的影響進(jìn)行分析；
（4）0～20min生成C₂H₄的物質(zhì)的量為2mol，根據(jù)方程式可知生成C₂H₆的物質(zhì)的量也是2mol，則C₂H₆的濃度變化量為$\frac{2mol}{2L}$=1mol•L^-1，再根據(jù)v（C₂H₆）=$\frac{△C（{C}_{2}{H}_{6}）}{△t}$計(jì)算反應(yīng)速率；
（5）燃料電池的負(fù)極充入燃料，發(fā)生氧化反應(yīng)，則a為負(fù)極；正極充入氧氣，發(fā)生還原反應(yīng)，則b為正極；再考慮電解質(zhì)溶液參加反應(yīng)寫(xiě)出a電極反應(yīng)式；c與b相連，與正極相連的是電解池的陽(yáng)極，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，則銅失去電子生成銅離子，由此寫(xiě)出c極電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）a．達(dá)平衡時(shí)各物質(zhì)的量濃度是保持不變，不一定成比例，所以c（C₂H₆）與c（C₂H₄）的比值保持不變不一定在平衡，故a錯(cuò)誤；
b．由反應(yīng)C₄H₁₀（g）?C₂H₄（g）+C₂H₆（g）可知，恒容的容器中氣體總物質(zhì)的量隨反應(yīng)的進(jìn)行而增大，容器中氣體的壓強(qiáng)逐漸增大，當(dāng)容器中氣體壓強(qiáng)保持不變，說(shuō)明氣體總物質(zhì)的量保持不變，則達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．容器的體積一直不變，根據(jù)質(zhì)量守恒，氣體的總質(zhì)量不變，所以氣體的密度始終不變，故容器中氣體密度保持不變不能說(shuō)明達(dá)到平衡，故c錯(cuò)誤；
d．單位時(shí)間內(nèi)有1molC₄H₁₀消耗的方向是正方向，同時(shí)有1molC₂H₄生成也是正方向，方向相同，不能說(shuō)明v正=v逆，不一定達(dá)平衡，故d錯(cuò)誤；
故答案為：b；
（2）相對(duì)于曲線b，曲線a的斜率更大，但是最終C₂H₄的物質(zhì)的量與曲線b相同，說(shuō)明a的反應(yīng)速率更大，只縮短了達(dá)平衡的時(shí)間，平衡沒(méi)有移動(dòng)，即沒(méi)有改變化學(xué)平衡狀態(tài)，所以改變的條件應(yīng)是加入催化劑，
故答案為：加入催化劑，速率加快但平衡沒(méi)有移動(dòng)；
（3）由圖可知：c曲線的斜率更小，達(dá)平衡時(shí)，C₂H₄的物質(zhì)的量減少；所以c曲線的反應(yīng)速率更慢，其它條件不變，改變溫度，速率減慢，則改變的條件是降溫，
由方程式C₄H₁₀（g）?C₂H₄（g）+C₂H₆（g）可知，降溫的同時(shí)C₂H₄的物質(zhì)的量在減少，說(shuō)明平衡向逆方向移動(dòng)，即逆方向是一個(gè)放熱反應(yīng)，正方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，
故答案為：吸熱；
（4）0～20min生成C₂H₄的物質(zhì)的量為2mol，根據(jù)方程式可知生成C₂H₆的物質(zhì)的量也是2mol，則C₂H₆的濃度變化量為$\frac{2mol}{2L}$=1mol•L^-1，
v（C₂H₆）=$\frac{△C（{C}_{2}{H}_{6}）}{△t}$=$\frac{1mol•{L}^{-1}}{20min}$=0.05mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.05mol•L^-1•min^-1；
（5）燃料電池的負(fù)極充入燃料C₂H₆，C₂H₆發(fā)生氧化反應(yīng)，則a為負(fù)極；C₂H₆失去電子生成二氧化碳，二氧化碳與電解質(zhì)溶液氫氧化鉀反應(yīng)生成碳酸鉀，根據(jù)電荷守恒寫(xiě)出負(fù)極的電極反應(yīng)式為：C₂H₆-14e^-+18OH^-=2CO₃^2-+12H₂O；正極充入氧氣，發(fā)生還原反應(yīng)，則b為正極；c與b相連，與正極相連的是電解池的陽(yáng)極，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，則銅失去電子生成銅離子，由此寫(xiě)出c極電極反應(yīng)式：Cu-2e^-=Cu²⁺，
故答案為：C₂H₆-14e^-+18OH^-=2CO₃^2-+12H₂O；Cu-2e^-=Cu²⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡狀態(tài)標(biāo)志的判斷，以及影響化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡移動(dòng)的條件，注意對(duì)圖象題的理解，還考查化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算，比較簡(jiǎn)單，原電池與電解池的結(jié)合考查，難度適中．