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)定化合物時的釋放或吸收能量生成熱，生成熱可表示該物質(zhì)相對能量。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表格中的物質(zhì)，最穩(wěn)定的是_________________(填結(jié)構(gòu)簡式)。

②上述反應(yīng)中，△H1=______kJ/mol。

③書寫熱化學(xué)方程式時，要標(biāo)明“同分異構(gòu)體名稱”，其理由是________________________。

（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)。

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為了同時提高反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率，下列措施可采用的是_____(填代號)。

A.加入高效催化劑B.升高溫度C.充入乙烷D.減小壓強(qiáng)

（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)，測得乙烯產(chǎn)率與溫度關(guān)系如圖所示。溫度高于600℃時，隨若溫度升高，乙烯產(chǎn)率降低，可能的原因是__________(填代號)。

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)，測得平衡時氣體壓強(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______________________________。

Answer 1

【答案】 (CH3)2CHCH3 +92 同分異構(gòu)體的能量不相等 BD B CD 0.15 4.5mol/L C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O

【解析】(1)①物質(zhì)具有的能量越低越穩(wěn)定，根據(jù)表格數(shù)據(jù)，最穩(wěn)定的是異丁烷，結(jié)構(gòu)簡式為(CH3)2CHCH3，故答案為：(CH3)2CHCH3；

②△H=生成物的總能量-反應(yīng)物的總能量，△H1=(52 kJ/mol)+(-85 kJ/mol)-(-125 kJ/mol)=+92kJ/mol，故答案為：+92；

③根據(jù)表格數(shù)據(jù)，同分異構(gòu)體的能量不相等，因此書寫熱化學(xué)方程式時，要標(biāo)明“同分異構(gòu)體名稱”，故答案為：同分異構(gòu)體的能量不相等；

(2)①對于反應(yīng)C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g)△H1＞0。A. 在恒容密閉容器中。氣體的質(zhì)量和體積均不變，氣體密度始終保持不變，不能判斷是否為平衡狀態(tài)，故A錯誤；B.溫度不變，平衡常數(shù)不變，當(dāng)[c(C2H4)·c(C2H6)]/ c(C4H10)保持不變，說明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故B正確；C.反應(yīng)熱與反應(yīng)的程度無關(guān)，不能判斷是否為平衡狀態(tài)，故C錯誤；D.正丁烷分解速率和乙烷消耗速率相等，說明正逆反應(yīng)速率相等，說明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故D正確；故選BD；

②對于反應(yīng)C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g)△H1＞0。A.加入高效催化劑，平衡不移動，轉(zhuǎn)化率不變，故A錯誤；B.升高溫度，平衡正向移動，反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率均增大，故B正確；C.充入乙烷，平衡逆向移動，轉(zhuǎn)化率減小，故C錯誤；D.減小壓強(qiáng)，反應(yīng)速率減慢，故D錯誤；故選B；

(3)主反應(yīng):C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g)△H1＞0，副反應(yīng):C4H10 (g,正丁烷) CH4(g)+C3H6(g) △H2=(-75 kJ/mol)+(20 kJ/mol)-(-125 kJ/mol)=+70kJ/mol＞0，A.升高溫度，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，故A錯誤；B.升高溫度，活化能不變，故B錯誤；C.升高溫度，催化劑活性可能降低，會導(dǎo)致乙烯的產(chǎn)率降低，故C正確；D.升高溫度，副產(chǎn)物增多，會導(dǎo)致乙烯的產(chǎn)率降低，故D正確；故選CD；

(4)在一定溫度下向1L恒容密閉容器中充入2mol正丁烷，發(fā)生C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g)△H1＞0，經(jīng)過10min達(dá)到平衡狀態(tài)，測得平衡時氣體壓強(qiáng)是原來的1.75倍，則平衡時氣體的總物質(zhì)的量=2mol×1.75=3.5mol，則生成的乙烯為1.5mol，反應(yīng)的正丁烷為1.5mol。

①0~10min內(nèi)乙烯的生成速率v(C2H4)== 0.15mol·L-1·min-1，故答案為：0.15；

②上述條件下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==4.5 mol/L，故答案為：4.5 mol/L；

(5)丁烷-空氣燃料電池以熔融的K2CO3為電解質(zhì)，負(fù)極上丁烷失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)式為C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O，故答案為：C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O。