Question

10．（1）家用液化石油气的主要成分之一是丁烷（C₄H₁₀），当 10kg 丁烷完全燃烧并生成二氧化 碳气体和液态水时，放出的热量为 5×10⁵kJ．试写出丁烷（C₄H₁₀）燃烧热的热化学方 程式：C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）=4CO₂（g）+5H₂O（l）△H=-2900kJ/mol．
（2）丁烷 （C₄H₁₀）的同分异构体与氯气反应得到的一氯代物共有4种．
（3）如图所示，装置Ⅰ为丁烷燃料电池（电解质溶液为稀硫酸），通过装置Ⅱ（电解池）制取金属镁．
①b 电极为正极，a 处电极上发生的电极反应式是C₄H₁₀+8H₂O-26e^-=4CO₂+26H⁺；装置Ⅰ工作后，溶液 pH变小 或“不变”）（填写“变大”“变小”
②电解熔融MgCl₂结束后，装置Ⅱ中的石墨d处生成镁，另一产物在石墨c处生 成．则b、c两个电极消耗或生成物质的物质的量之比为1：2．
（4）烯烃A是2‐丁烯（CH₃CH=CHCH₃）的一种同分异构体，它在催化剂作用下与氢 气反应的产物不是正丁烷，则A的结构简式为；A 分子中能够共平面的原子 最多为8个，写出A与溴的四氯化碳反应的化学方程式．

Answer 1

分析 （1）依据质量换算物质的量，结合化学方程式对应的物质的量计算反应放出的热量，依据热化学方程式书写方法，标注物质聚集状态和反应焓变写出；已知1mol液态水汽化时需要吸收44kJ热量，依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）分子式为C₄H₁₀的烷烃为丁烷，丁烷存在正丁烷和异丁烷两种同分异构体，正丁烷CH₃CH₂CH₂CH₃有2氢原子，所以其一氯代物有2，异丁烷CH₃CH（CH₃）CH₃有2氢原子，其一氯代物有2种，据此进行分析；
（3）①燃料电池正极通氧气，故b极为正极，负极通燃料，故a极为负极；负极失电子发生氧化反应据此书写电极反应方程式；根据I中氢离子浓度变化确定溶液pH变化；
②连接原电池负极的为电解池的阴极，故c为阳极，失电子发生氧化反应，则电极反应方程式为O₂+2H₂O-4e^-=4OH^-，故d为阴极，得电子发生还原反应，则电极反应方程式为Mg²⁺+2e^-=Mg，故总电极反应方程式为O₂+2H₂O+2Mg²⁺=2Mg+4OH^-，据此进行计算两个电极消耗或生成物质的物质的量之比；
（4）烯烃A是2-丁烯的一种同分异构体，它在催化剂作用下与氢气反应的产物不是正丁烷，则A为2甲基-丙烯，可与溴发生加成反应．

解答 解：（1）当10kg丁烷完全反应物质的量$\frac{10000g}{58g/mol}$=$\frac{10000}{58}$mol，完全燃烧并生成二氧化碳和液态水时，放出热量为5×10⁵kJ，2mol丁烷完全反应放热=$\frac{2×5×1{0}^{-5}}{\frac{10000}{58}}$=5800KJ，则1mol丁烷完全反应放热-2900KJ，依据反应物和产物状态标注聚集状态和对应量下的反应热，故燃烧热化学方程式为C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）=4CO₂（g）+5H₂O（l）△H=-2900kJ/mol，
故答案为：C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）=4CO₂（g）+5H₂O（l）△H=-2900kJ/mol；
（2）分子式为C₄H₁₀的烷烃为丁烷，丁烷存在正丁烷和异丁烷两种同分异构体，正丁烷CH₃CH₂CH₂CH₃有2氢原子，所以其一氯代物有2，异丁烷CH₃CH（CH₃）CH₃有2氢原子，其一氯代物有2种，所以丁烷的一氯代物的同分异构体总共有4种，
故答案为：4；
（3）①燃料电池正极通氧气，故b极为正极；负极失电子发生氧化反应，故电极反应方程式为C₄H₁₀+8H₂O-26e^-=4CO₂+26H⁺；根据I中电极总反应方程式2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O，不断有二氧化碳生成，溶液酸性加强，则氢离子浓度增加，故pH变小，
故答案为：正；C₄H₁₀+8H₂O-26e^-=4CO₂+26H⁺；变小；
②连接原电池负极的为电解池的阴极，故c为阳极，失电子发生氧化反应，则电极反应方程式为O₂+2H₂O-4e^-=4OH^-，故d为阴极，得电子发生还原反应，则电极反应方程式为Mg²⁺+2e^-=Mg，故总电极反应方程式为O₂+2H₂O+2Mg²⁺=2Mg+4OH^-，故消耗氧气和生成镁的物质的量之比为1：2，
故答案为：1：2；
（4）烯烃A是2-丁烯的一种同分异构体，它在催化剂作用下与氢气反应的产物不是正丁烷，可判断其碳链有支链，结构只能是一种，则A为2甲基-丙烯，结构简式为；根据乙烯空间构型判断A分子中共面的原子个数为8个，分别是4个碳原子，4个氢原子；与溴的四氯化碳溶液反应的化学方程式为，
故答案为：；8；．

点评 本题考查了盖斯定律、原电池和电解池原理，以及考查有机物结构和性质，明确官能团及其性质关系是解本题关键，熟练常见有机反应类型及有机物官能团，易错点是原子共面个数判断，采用知识迁移方法判断原子共面个数，题目难度不大．