题目内容
【题目】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) ΔH1
副反应：C4H10（g，正丁烷）CH4(g)+C3H6(g) ΔH2 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叫生成热，生成热可表示该物质相对能量。下表为25℃、101 kPa下几种有机物的生成热：
物质 | 甲烷 | 乙烷 | 乙烯 | 丙烯 | 正丁烷 | 异丁烷 |
生成热/kJ·mol1 | 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，ΔH1=____________kJ·mol1。
(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。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．
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
(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，
随着温度升高，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1 L恒容密闭容器中充入2 mol正丁烷，反应生成乙烯和乙烷，经过10 min 达到平衡状态，测得平衡时气体压强是原来的1.75倍。
①0～10 min内乙烷的生成速率v(C2H6)为___________mol·L1·min1。
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)丁烷空气燃料电池以熔融的K2CO3（其中不含O2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=6CO32-，负极反应式为____________________。
【答案】（CH3）2 CH CH3 +92 BD CD 0.15 75％ 4.5 C4H10+13 CO32-26 e－=17 CO2+5H2O
【解析】
（1）①能量越低越稳定，即由稳定单质生成稳定化合物时放出释放的能量越大越稳定；
②反应方程式中焓变=生成物的生成热-反应物的生成热；
（2）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变；
（3）催化剂活性受温度影响，有机化学反应中副反应较多；
（4）恒温恒容条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，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，说明平衡后气体总物质的量是原来的1.75倍，混合气体物质的量=2mol×1.75=3.5mol，增加的物质的量相当于生成的n（C2H4）=n（C2H6）=（3.5-2）mol=1.5mol，剩余的n（C4H10）=（2-1.5）mol=0.5mol，平衡时c（C2H4）=c（C2H6）=
=1.5mol/L，c（C4H10）=
=0.5mol/L
①反应速率
，据此计算；
②转化率为已反应的正丁烷占总正丁烷的物质的量的百分比；平衡常数
；
（5）负极上丁烷失电子发生氧化反应。
：（1）①能量越低越稳定，即由稳定单质生成稳定化合物时放出释放的能量越大越稳定，由图表可知异丁烷的生成热最低，即生成异丁烷时释放能量最大，异丁烷能量最低，最稳定，异丁烷的结构简式为（CH3）2CHCH3，故答案为：（CH3）2CHCH3；
②反应方程式中焓变=生成物的生成热-反应物的生成热，所以该反应的焓变=（52-85+125）kJ/mol=+92kJ/mol，故答案为：+92；
（2）A．反应前后气体总质量不变、容器体积不变，所以密度始终不变，不能根据密度判断平衡状态，故A错误；
B．
保持不变时，各物质的物质的量浓度不变，说明达到平衡状态，故B正确；
C．反应热与计量数成正比，与是否达到平衡状态无关，故C错误；
D．正丁烷分解速率和乙烷消耗速率相等，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故D正确；故答案为：BD；
（3）催化剂活性受温度影响，有机化学反应中副反应较多，随着温度升高，乙烯产率降低，可能的原因是催化剂活性降低，副产物增多，选项C和D符合题意，故答案为：CD；
（4）恒温恒容条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，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，说明平衡后气体总物质的量是原来的1.75倍，混合气体物质的量=2mol×1.75=3.5mol，增加的物质的量相当于生成的n（C2H4）=n（C2H6）=（3.5-2）mol=1.5mol，剩余的n（C4H10）=（2-1.5）mol=0.5mol，平衡时c（C2H4）=c（C2H6）= =1.5mol/L，c（C4H10）==0.5mol/L
①0～10min 内乙烷的生成速率v（C2H6）=
mol/（Lmin）=0.15mol/（Lmin），故答案为：0.15；
②根据分析可知转化的正丁烷为1.5mol，故其转化率为：
；
该反应的平衡常数K
；故答案为：75％；4.5；
（5）负极上丁烷失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水， 故答案为：C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O。
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