Question

乙烯的产量是衡量一个国家石油化工水平的重要标志。工业上常用丁烷裂解制备乙烯。

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，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。下表为25℃、101kPa下儿种有机物的生成热：

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

①上述反应中，ΔH₁=___kJ·mol^-1。

②若忽略副反应，相同条件下采用异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）一定温度下，在恒压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.保持不变

c.ΔH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1L恒容密闭容器中充入2mol正丁烷，容器内压强为P₀，反应生成乙烯和乙烷，经过10min达到平衡状态，此温度下用各组分的分压表示的平衡常数K_(p)=0.5P₀用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数），则0～10min内乙烯的生成速率v(C₂H₄)为__mol·L^-1。

Answer

+92 高 ad 升高温度 催化剂活性降低或副产物增多 0.1

【解析】

(1)①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，所以其热化学方程式为C4H10(g，正丁烷)⇌C2H4(g)+C2H6(g)△H=+92kJ•mol-1；
②由于异丁烷的生成热较低，更稳定，发生反应所需的能耗比高；
(2)①a. 反应前后气体总质量不变，但容器内压强不变，该反应为气体增多的反应，所以容器的体积会变，即反应过程中气体密度会随平衡移动而变化，所以根据密度判断平衡状态，故a正确；
b. 初始时只通入正丁烷，所以一直不变等于计量数之比，所以不变时不能说明达到平衡状态，故b错误；
c. 焓变与计量数成正比，与是否达到平衡状态无关，故c错误；
d. 正丁烷分解速率利乙烷消耗速率相等，即正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故d正确；
故选：ad；
②该反应的正反应是吸热反应，为了提高反应速率和反应物的转化率，可采收的措施是升高温度；
(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；
(4)设平衡时生成的乙烯为xmol，列三段式如下：

则平衡时体系内气体共(2-x+x+x)mol=(2+x)mol，则体系内压强为，则P(C4H10)=，P(C2H4) =P(C2H6)=，K(P)==0.5P0，解得x=1mol，容器体积为1L，所以v(C2H4)==0.1mol/L•min-1。