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：C4H10(g,正丁烷)C2H4(g)+C2H6(g) △H1

副反應：C4H10 (g,正丁烷)CH4(g)+C3H6(g) △H2

回答下列問題：

（1）化學上，將穩定單質的能量定為0，生成穩定化合物時釋放或吸收的能量叫做生成熱，生成熱可表示該物質相對能量。下表為25℃、101kPa下幾種有機物的生成熱：

物質	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書寫熱化學方程式時，要標明“同分異構體名稱”，其理由是_______________________。

②上述反應中，△H1=______kJ/mol。

（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下列情況表明該反應達到平衡狀態的是_______（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為了同時提高反應速率和轉化率，可采用的措施是________________。

（3）向密閉容器中充入丁烷，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，隨若溫度升高，乙烯產率降低，可能的原因是__________（填代號)。

A．平衡常數降低 B．活化能降低

C．催化劑活性降低 D．副產物增多

（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內乙烯的生成速率v(C2H4)為________mol·L-1·min-1。

②上述條件下，該反應的平衡常數K為____________。

（5）丁烷-空氣燃料電池以熔融的K2CO3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。該燃料電池的負極反應式為______________________________。

（6）K2CO3可由二氧化碳和氫氧化鉀溶液反應制得。常溫下,向1 L pH=10的KOH溶液中持續通入CO2,通入CO2的體積(V)與溶液中水電離出的OH-濃度的關系如圖所示。C點溶液中各離子濃度大小關系為_________________________________________。

Answer 1

【答案】 同分異構體的能量不相等 +92 BD 升高溫度 CD 0.15 4.5 C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O c(K+)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(HCO3-)＞c(H+)

【解析】分析：在相同條件下，同分異構體之間的生成熱不同、所含的能量不同。反應熱等于生成物的生成熱總和減去反應物的生成熱總和。根據反應物的狀態和反應條件，判斷氣體的質量和體積是否變化，從而確定用于判斷平衡狀態的物理量是否為變量。催化劑的活性通常在適宜溫度下最大，隨著溫度升高，副反應會增多。在恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比等于其物質的量之比。燃料電池中，燃料在負極上發生氧化反應。C點溶液中水電離出的OH-濃度最大，則C點對應的溶液為K2CO3溶液，因碳酸根離子可以發生水解而使溶液呈堿性。

詳解：（1）①由表中數據可知，在相同條件下，同分異構體之間的生成熱不同，故其所含的能量不同，因此，在書寫熱化學方程式時，要標明“同分異構體名稱”。

②由生成熱的定義可知，反應熱等于生成物的生成熱總和減去反應物的生成熱總和，故上述反應中，△H1=52 kJ/mol +（-85 kJ/mol）-（-125 kJ/mol）==+92kJ/mol。

（2）①A．氣體的質量和體積均不變，故氣體密度保持不變； B．[c(C2H4)·c(C2H6)]/ c(C4H10)保持不變時就是該反應的化學平衡常數；C．反應熱與平衡狀態無關； D．正丁烷分解速率和乙烷消耗速率相等，表明正反應速率和逆反應速率相等。綜上所述，表明該反應達到平衡狀態的是BD。

②由于該反應是一個吸熱反應，故升高溫度可以同時提高反應速率和轉化率。

（3）溫度高于600℃時，隨著溫度升高，乙烯產率降低。A．該反應為吸熱反應，故平衡常數隨溫度升高而增大；B．活化能不隨溫度變化而變化；C．催化劑活性通常在適宜溫度下最大，高于其適宜溫度后，其活性降低；D．隨著溫度升高，其可能發生的副反應增多，故副產物增多。綜上所述，可能的原因是CD。

（4）在一定溫度下向1L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，則氣體的總物質的量變為原來的1.75倍，即3.5mol，增加了1.5mol，所以各組分的變化量均為1.5mol。

①0~10min內乙烯的生成速率v(C2H4)=0.15mol·L-1·min-1。

②上述條件下，該反應的平衡常數K=4.5。

（5）丁烷-空氣燃料電池以熔融的K2CO3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，該燃料電池的負極上丁烷被氧化，電極反應式為C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O。

（6）由圖可知，C點溶液中水電離出的OH-濃度最大，則C點對應的溶液為K2CO3溶液，因碳酸根離子可以發生水解而使溶液呈堿性，故其離子濃度大小關系為c(K+)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(HCO3-)＞c(H+)。