Question

【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) △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，生成稳定化合物时释放或吸收的能量叫做生成热，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书写热化学方程式时，要标明“同分异构体名称”，其理由是_______________________。

②上述反应中，△H1=______kJ/mol。

（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，可采用的措施是________________。

（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______________________________。

（6）K2CO3可由二氧化碳和氢氧化钾溶液反应制得。常温下,向1 L pH=10的KOH溶液中持续通入CO2,通入CO2的体积(V)与溶液中水电离出的OH-浓度的关系如图所示。C点溶液中各离子浓度大小关系为_________________________________________。

Answer 1

【答案】 同分异构体的能量不相等 +92 BD 升高温度 CD 0.15 4.5 C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O c(K+)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(HCO3-)＞c(H+)

【解析】分析：在相同条件下，同分异构体之间的生成热不同、所含的能量不同。反应热等于生成物的生成热总和减去反应物的生成热总和。根据反应物的状态和反应条件，判断气体的质量和体积是否变化，从而确定用于判断平衡状态的物理量是否为变量。催化剂的活性通常在适宜温度下最大，随着温度升高，副反应会增多。在恒温恒容条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比。燃料电池中，燃料在负极上发生氧化反应。C点溶液中水电离出的OH-浓度最大，则C点对应的溶液为K2CO3溶液，因碳酸根离子可以发生水解而使溶液呈碱性。

详解：（1）①由表中数据可知，在相同条件下，同分异构体之间的生成热不同，故其所含的能量不同，因此，在书写热化学方程式时，要标明“同分异构体名称”。

②由生成热的定义可知，反应热等于生成物的生成热总和减去反应物的生成热总和，故上述反应中，△H1=52 kJ/mol +（-85 kJ/mol）-（-125 kJ/mol）==+92kJ/mol。

（2）①A．气体的质量和体积均不变，故气体密度保持不变； B．[c(C2H4)·c(C2H6)]/ c(C4H10)保持不变时就是该反应的化学平衡常数；C．反应热与平衡状态无关； D．正丁烷分解速率和乙烷消耗速率相等，表明正反应速率和逆反应速率相等。综上所述，表明该反应达到平衡状态的是BD。

②由于该反应是一个吸热反应，故升高温度可以同时提高反应速率和转化率。

（3）温度高于600℃时，随着温度升高，乙烯产率降低。A．该反应为吸热反应，故平衡常数随温度升高而增大；B．活化能不随温度变化而变化；C．催化剂活性通常在适宜温度下最大，高于其适宜温度后，其活性降低；D．随着温度升高，其可能发生的副反应增多，故副产物增多。综上所述，可能的原因是CD。

（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，则气体的总物质的量变为原来的1.75倍，即3.5mol，增加了1.5mol，所以各组分的变化量均为1.5mol。

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

②上述条件下，该反应的平衡常数K=4.5。

（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，该燃料电池的负极上丁烷被氧化，电极反应式为C4H10+13CO32--26e-=17CO2+5H2O。

（6）由图可知，C点溶液中水电离出的OH-浓度最大，则C点对应的溶液为K2CO3溶液，因碳酸根离子可以发生水解而使溶液呈碱性，故其离子浓度大小关系为c(K+)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(HCO3-)＞c(H+)。