Question

【題目】乙烯的產(chǎn)量是衡量一個國家石油化工水平的重要標(biāo)志。工業(yè)上常用丁烷裂解制備乙烯。

主反應(yīng)：C4H10(g，正丁烷)C2H4(g)+C2H6(g) ΔH1

副反應(yīng)：C4H10(g，正丁烷)CH4(g)+C3H6(g) ΔH2

回答下列問題：

（1）化學(xué)上，將穩(wěn)定單質(zhì)的能量定為0，由元素的單質(zhì)化合成單一化合物時的反應(yīng)熱叫該化合物的生成熱，生成熱可表示該物質(zhì)相對能量。下表為25℃、101kPa下兒種有機物的生成熱：

物質(zhì)	甲烷	乙烷	乙烯	丙烯	正丁烷	異丁烷
生成熱/kJ·mol-1	-75	-85	52	20	-125	-132

①上述反應(yīng)中，ΔH1=___kJ·mol-1。

②若忽略副反應(yīng)，相同條件下采用異丁烷裂解制取一定量的乙烯，其能耗比采用正丁烷__（填“高”或“低”）。

（2）一定溫度下，在恒壓密閉容器中投入一定量正丁烷發(fā)生反應(yīng)生成乙烯。

①下列情況表明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是___（填代號）。

a.氣體密度保持不變

b.保持不變

c.ΔH不變

d.正丁烷分解速率和乙烷消耗速率相等

②為了同時提高反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率，可采用的措施是__。

（3）向密閉容器中充入丁烷，在一定條件（濃度、催化劑及壓強等）下發(fā)生反應(yīng)，測得乙烯產(chǎn)率與溫度關(guān)系如圖所示。

溫度高于600℃時，隨著溫度升高，乙烯產(chǎn)率降低，可能的原因是__。

（4）在一定溫度下向1L恒容密閉容器中充入2mol正丁烷，容器內(nèi)壓強為P0，反應(yīng)生成乙烯和乙烷，經(jīng)過10min達到平衡狀態(tài)，此溫度下用各組分的分壓表示的平衡常數(shù)K(p)=0.5P0用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)），則0～10min內(nèi)乙烯的生成速率v(C2H4)為__mol·L-1。

Answer 1

【答案】+92 高 ad 升高溫度 催化劑活性降低或副產(chǎn)物增多 0.1

【解析】

(1)①反應(yīng)方程式中焓變=生成物的生成熱-反應(yīng)物的生成熱，所以該反應(yīng)的焓變=(52-85+125)kJ/mol=+92kJ/mol，所以其熱化學(xué)方程式為C4H10(g，正丁烷)C2H4(g)+C2H6(g)△H=+92kJmol-1；
②由于異丁烷的生成熱較低，更穩(wěn)定，發(fā)生反應(yīng)所需的能耗比高；
(2)①a. 反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，但容器內(nèi)壓強不變，該反應(yīng)為氣體增多的反應(yīng)，所以容器的體積會變，即反應(yīng)過程中氣體密度會隨平衡移動而變化，所以根據(jù)密度判斷平衡狀態(tài)，故a正確；
b. 初始時只通入正丁烷，所以一直不變等于計量數(shù)之比，所以不變時不能說明達到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c. 焓變與計量數(shù)成正比，與是否達到平衡狀態(tài)無關(guān)，故c錯誤；
d. 正丁烷分解速率利乙烷消耗速率相等，即正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故d正確；
故選：ad；
②該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，為了提高反應(yīng)速率和反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，可采收的措施是升高溫度；
(3)催化劑活性受溫度影響，有機化學(xué)反應(yīng)中副反應(yīng)較多，隨著溫度升高，乙烯產(chǎn)率降低，可能的原因是催化劑活性降低，副產(chǎn)物增多；
(4)設(shè)平衡時生成的乙烯為xmol，列三段式如下：

則平衡時體系內(nèi)氣體共(2-x+x+x)mol=(2+x)mol，則體系內(nèi)壓強為，則P(C4H10)=，P(C2H4) =P(C2H6)=，K(P)==0.5P0，解得x=1mol，容器體積為1L，所以v(C2H4)==0.1mol/Lmin-1。