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。裂解的副反应为C₄H₁₀(g,正丁烷) CH₄(g)+C₃H₆(g)

请回答下列问题

（1）化学上，将稳定单质的能量定为0，由元素的单质化合成单一化合物时的反应热叫该化合物的生成热，生成热可表示该物质相对能量。25℃、101kPa 几种有机物的生成热如下表所示:

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

由正丁烷裂解生成乙烯的热化学方程式为_______________________________。

（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下列情况能说明该反应达到平衡状态的是__________(填标号)

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

C.反应热保持不变                 D.正丁烷分解速率利乙烷消耗速率相等

②为了提高反应速率和反应物的转化率，可采收的措施是______________________________。

（3）向密闭容器中充入正丁烷，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，随着温度升高，乙烯产率降低，可能的原因是____________________________________________。

（4）在一定温度下向10L 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 内乙烷的生成速率v(C₂H₆)=__________ mol·L^-1·min^-1

②上述条件下，正丁烷的平衡转化率为______________，该反应的平衡常数K 为____________。 (5) 丁烷一空气燃料电池以熔融的K₂CO₃( 其中不含O^2-和HCO₃^-)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。该燃料电池的正极反应式为26CO₂+13O₂+52e^-=26CO₃^2-，则负极反应式为_______________________。

Answer

C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g) △H =+92kJ·mol-1 BD 升高温度 催化剂活性降低，副产物增多 0.015 75% 0.45 C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O

【解析】（1）反应热=生成物的总能量-反应物的总能量=52-85+125=+92 kJ·mol-1，所以正丁烷裂解生成乙烯的热化学方程式为C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g) △H =+92kJ·mol-1；正确答案：C4H10(g,正丁烷) C2H4(g)+C2H6(g) △H =+92kJ·mol-1。

（2）①反应前后气体的总质量不变，在恒容密闭容器中，气体的总体积不变，根据ρ=m/V可知，混合气体的密度恒为定值，不能说明该反应达到平衡状态，A错误；K=c(C2H4)·c(C2H6)/c(C4H10)，K不再发生变化，反应达到平衡状态，B正确；反应热与反应进行的程度有关，与反应是否达平衡无关，不能判断反应达到平衡状态，C错误；正丁烷分解速率与乙烷消耗速率相等时，说明正逆反应速率相等，能够判断反应达到平衡状态，D正确；正确选项DB。

②为了提高反应速率可以采用增大浓度、升高温度、增大压强、使用催化剂等；提高反应物的转化率，使平衡右移，可以采用升高温度，减少生成物浓度等，因此同时满足上述要求是升高温度；正确答案：升高温度。

（3）正丁烷制备乙烯的反应为吸热反应，升高温度，平衡右移，乙烯的转化率增大，但是温度高于600℃时，随着温度升高，乙烯产率降低，可能是温度过高，催化剂活性降低，副产物增多；正确答案：催化剂活性降低，副产物增多。

（4）①在一定温度下向10L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，平衡时气体总物质的量=2×1.75=3.5mol，设生成乙烯的量xmol，2-x+x+x=3.5，x=1.5 mol，生成的乙烯为1.5 mol，生成乙烷的量为1.5 mol；0~10min内的生成乙烷速率v(C2H6)= 1.5/10÷10=0.015 mol·L-1·min-1；正确答案：0.015。

②根据以上分析可知：正丁烷的变化量1.5 mol，平衡转化率为1.5/2×100%=75%；上述条件下，反应达到平衡后，c(C4H10)=0.5/10=0.05 mol·L-1, c(C2H4)= c(C2H6)= 1.5/10=0.15 mol·L-1, 该反应的平衡常数K为=c(C2H4)×c(C2H6)/c(C4H10)=(0.15)2/0.05=0.45；正确答案：75%；0.45。

(5)丁烷一空气燃料电池，在熔融K2CO3(其中不含O2-和HCO3-)为电解质情况下，丁烷在负极上失电子发生氧化反应，极反应为C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O；正确答案：C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O。