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。裂解的副反應為C4H10(g,正丁烷) CH4(g)+C3H6(g)

請回答下列問題

（1）化學上，將穩定單質的能量定為0，由元素的單質化合成單一化合物時的反應熱叫該化合物的生成熱，生成熱可表示該物質相對能量。25℃、101kPa幾種有機物的生成熱如下表所示:

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

由正丁烷裂解生成乙烯的熱化學方程式為_______________________________。

（2）一定溫度下，在恒容密閉容器中投入一定量正丁烷發生反應生成乙烯。

①下列情況能說明該反應達到平衡狀態的是__________(填標號)

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

C.反應熱保持不變 D.正丁烷分解速率利乙烷消耗速率相等

②為了提高反應速率和反應物的轉化率，可采收的措施是______________________________。

（3）向密閉容器中充入正丁烷，在一定條件(濃度、催化劑及壓強等)下發生反應，測得乙烯產率與溫度關系如圖所示。溫度高于600℃時，隨著溫度升高，乙烯產率降低，可能的原因是____________________________________________。

（4）在一定溫度下向10L恒容密閉容器中充入2mol正丁烷，反應生成乙烯和乙烷，經過10min達到平衡狀態，測得平衡時氣體壓強是原來的1.75倍。

①0~10min內乙烷的生成速率v(C2H6)=__________ mol·L-1·min-1

②上述條件下，正丁烷的平衡轉化率為______________，該反應的平衡常數K為____________。 (5)丁烷一空氣燃料電池以熔融的K2CO3(其中不含O2-和HCO3-)為電解質，以具有催化作用和導電性能的稀土金屬材料為電極。該燃料電池的正極反應式為26CO2+13O2+52e-=26CO32-，則負極反應式為_______________________。

Answer 1

【答案】 C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g) △H =+92kJ·mol-1 BD 升高溫度 催化劑活性降低，副產物增多 0.015 75% 0.45 C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O

【解析】（1）反應熱=生成物的總能量-反應物的總能量=52-85+125=+92 kJ·mol-1，所以正丁烷裂解生成乙烯的熱化學方程式為C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g) △H =+92kJ·mol-1；正確答案：C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g) △H =+92kJ·mol-1。

（2）①反應前后氣體的總質量不變，在恒容密閉容器中，氣體的總體積不變，根據ρ=m/V可知，混合氣體的密度恒為定值，不能說明該反應達到平衡狀態，A錯誤；K=c(C2H4)·c(C2H6)/c(C4H10)，K不再發生變化，反應達到平衡狀態，B正確；反應熱與反應進行的程度有關，與反應是否達平衡無關，不能判斷反應達到平衡狀態，C錯誤；正丁烷分解速率與乙烷消耗速率相等時，說明正逆反應速率相等，能夠判斷反應達到平衡狀態，D正確；正確選項DB。

②為了提高反應速率可以采用增大濃度、升高溫度、增大壓強、使用催化劑等；提高反應物的轉化率，使平衡右移，可以采用升高溫度，減少生成物濃度等，因此同時滿足上述要求是升高溫度；正確答案：升高溫度。

（3）正丁烷制備乙烯的反應為吸熱反應，升高溫度，平衡右移，乙烯的轉化率增大，但是溫度高于600℃時，隨著溫度升高，乙烯產率降低，可能是溫度過高，催化劑活性降低，副產物增多；正確答案：催化劑活性降低，副產物增多。

（4）①在一定溫度下向10L恒容密閉容器中充入2mol正丁烷，反應生成乙烯和乙烷，經過10min達到平衡狀態，測得平衡時氣體壓強是原來的1.75倍，平衡時氣體總物質的量=2×1.75=3.5mol，設生成乙烯的量xmol，2-x+x+x=3.5，x=1.5 mol，生成的乙烯為1.5 mol，生成乙烷的量為1.5 mol；0~10min內的生成乙烷速率v(C2H6)= 1.5/10÷10=0.015 mol·L-1·min-1；正確答案：0.015。

②根據以上分析可知：正丁烷的變化量1.5 mol，平衡轉化率為1.5/2×100%=75%；上述條件下，反應達到平衡后，c(C4H10)=0.5/10=0.05 mol·L-1, c(C2H4)= c(C2H6)= 1.5/10=0.15 mol·L-1, 該反應的平衡常數K為=c(C2H4)×c(C2H6)/c(C4H10)=(0.15)2/0.05=0.45；正確答案：75%；0.45。

(5)丁烷一空氣燃料電池，在熔融K2CO3(其中不含O2-和HCO3-)為電解質情況下，丁烷在負極上失電子發生氧化反應，極反應為C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O；正確答案：C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O。