Question

乙烯是合成食品外包装材料聚乙烯的单体，可以由丁烷裂解制备。

主反应:C₄H₁₀(g,正丁烷) C₂H₄(g)+C₂H₆(g) △H₁

副反应:C₄H₁₀ (g,正丁烷) CH₄(g)+C₃H₆(g)   △H₂

回答下列问题:

（1）化学上，将稳定单质的能量定为0，生成稳定化合物时的释放或吸收能量生成热，生成热可表示该物质相对能量。下表为25℃、101kPa下几种有机物的生成热:

物质	曱烷	乙烷	乙烯	丙烯	正丁烷	异丁烷
生成热/kJ·mol^-1	-75	-85	52	20	-125	-132

①表格中的物质，最稳定的是_________________(填结构简式)。

②上述反应中，△H₁=______kJ/mol。

③书写热化学方程式时，要标明“同分异构体名称”，其理由是________________________。

（2）一定温度下，在恒容密闭容器中投入一定量正丁烷发生反应生成乙烯。

①下列情况表明该反应达到平衡状态的是_______  (填代号)。

A.气体密度保持不变       B.  [c(C₂H₄)·c(C₂H₆)]/ c(C₄H₁₀)保持不变

C.反应热不变             D.正丁烷分解速率和乙烷消耗速率相等

②为了同时提高反应速率和转化率，下列措施可采用的是 _____(填代号)。

A.加入高效催化剂  B.升高温度  C.充入乙烷  D.减小压强

（3）向密闭容器中充入丁烷，在一定条件(浓度、催化剂及压强等) 下发生反应，测得乙烯产率与温度关系如图所示。温度高于600℃时，随若温度升高，乙烯产率降低，可能的原因是__________(填代号)。

A.平衡常数降低      B.活化能降低  C.催化剂活性降低     D.副产物增多 

（4）在一定温度下向1L恒容密闭容器中充入2mol正丁烷，反应生成乙烯和乙烷，经过10min 达到平衡状态，测得平衡时气体压强是原来的1.75倍。

①0~10min内乙烯的生成速率v(C₂H₄)为________ mol·L^-1·min^-1。 

②上述条件下，该反应的平衡常数K为____________。

（5）丁烷-空气燃料电池以熔融的K₂CO₃为电解质，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。该燃料电池的负极反应式为______________________________。

Answer

(CH3)2CHCH3 +92 同分异构体的能量不相等 BD B CD 0.15 4.5mol/L C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O

【解析】(1)①物质具有的能量越低越稳定，根据表格数据，最稳定的是异丁烷，结构简式为(CH3)2CHCH3，故答案为：(CH3)2CHCH3；

②△H=生成物的总能量-反应物的总能量，△H1=(52 kJ/mol)+(-85 kJ/mol)-(-125 kJ/mol)=+92kJ/mol，故答案为：+92；

③根据表格数据，同分异构体的能量不相等，因此书写热化学方程式时，要标明“同分异构体名称”，故答案为：同分异构体的能量不相等；

(2)①对于反应C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g) △H1＞0。A. 在恒容密闭容器中。气体的质量和体积均不变，气体密度始终保持不变，不能判断是否为平衡状态，故A错误；B. 温度不变，平衡常数不变，当[c(C2H4)·c(C2H6)]/ c(C4H10)保持不变，说明达到了平衡状态，故B正确；C.反应热与反应的程度无关，不能判断是否为平衡状态，故C错误；D.正丁烷分解速率和乙烷消耗速率相等，说明正逆反应速率相等，说明达到了平衡状态，故D正确；故选BD；

②对于反应C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g) △H1＞0。A.加入高效催化剂，平衡不移动，转化率不变，故A错误； B.升高温度，平衡正向移动，反应速率和转化率均增大，故B正确；C.充入乙烷，平衡逆向移动，转化率减小，故C错误；D.减小压强，反应速率减慢，故D错误；故选B；

(3)主反应:C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g) △H1＞0，副反应:C4H10 (g,正丁烷) CH4(g)+C3H6(g) △H2=(-75 kJ/mol)+(20 kJ/mol)-(-125 kJ/mol)=+70kJ/mol＞0，A.升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，故A错误；B.升高温度，活化能不变，故B错误；C.升高温度，催化剂活性可能降低，会导致乙烯的产率降低，故C正确；D.升高温度，副产物增多，会导致乙烯的产率降低，故D正确；故选CD；

(4)在一定温度下向1L恒容密闭容器中充入2mol正丁烷，发生C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g) △H1＞0，经过10min 达到平衡状态，测得平衡时气体压强是原来的1.75倍，则平衡时气体的总物质的量=2mol×1.75=3.5mol，则生成的乙烯为1.5mol，反应的正丁烷为1.5mol。

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

②上述条件下，该反应的平衡常数K==4.5 mol/L，故答案为：4.5 mol/L；

(5)丁烷-空气燃料电池以熔融的K2CO3为电解质，负极上丁烷失去电子发生氧化反应，负极反应式为C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O，故答案为：C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O。